Autos mit Abwärme antreiben
Thermoelektrische Wandler verwenden ein Paar von thermoelektrischen Halbleiterzellen, um thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Wandler beruhen auf dem sogenannten Seebeck-Effekt, einem Phänomen, bei dem eine Spannung erzeugt wird, wenn die Verbindungen von zwei unterschiedlichen Materialien bei unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Hohe Montagekosten und die Verwendung von Wismut-Tellurid, das sowohl teuer als auch toxisch ist, behindern den Einsatz von thermoelektrischen Geräten über die Nischenmärkte (wie etwa für Kühler von elektronischen Geräten) hinaus. Das Projekt NANOHITEC (Nano-structured high-efficiency thermo-electric converters) befasste sich mit diesen Herausforderungen, indem es sich auf die Entwicklung von hocheffizienten thermoelektrischen Wandlern auf Basis von massenproduzierbarer Multilauer-Technologie mit weithin verfügbaren ungiftigen Materialien konzentrierte. Die experimentellen Arbeiten an thermoelektrischen Nanostrukturen wurden ergänzt von Modellierungsaktivitäten auf atomarer Ebene. Analyse-Tools ermöglichtem dem Team, den elektrischen und den Wärmetransport in thermoelektrischen Materialien auf Basis von Silizium-Germanium-Legierungen zu beschreiben und zu erklären. Die Ergebnisse zeigten, dass Kanalträger die Materialeffizienz der Umwandlung von Wärme in Elektrizität signifikant steigern können. Mithilfe einer Variante des Magnetron-Sputterns stellten die Forscher Nanostrukturen unter Verwendung von Dünnschichten aus Silicium und Germanium sowie von Filmen aus verschiedenen Borcarbiden her. Hohe Abscheideraten führten zu dichten Filmen mit hoher Kristallinität. Neben Magnetron-Sputtern experimentierten die Forscher auch mit anderen Synthesetechniken zur Herstellung von Borcarbid-Filmen. Insbesondere die Verwendung von Spark-Plasma-Sintern führte zu Borcarbid-Nanopartikeln mit kleinem Kornwachstum. Eine zusätzliche Alternative war die Folliengießtechnik mit Borcarbidpulvermischungen. Ziel von NANOHITEC war die Verbesserung von Materialabscheidungsverfahren für die Entwicklung von thermoelektrischen Wandlern für einen effizienten Antrieb von Autos durch Abwärme. Die neuen im Rahmen von NANOHITEC entwickelten Verfahren für die industrielle Abscheidung von thermoelektrischen Materialien könnten den Beginn einer neuen Generation kostengünstiger und umweltfreundlicher thermoelektrischer Geräte auf Basis von nicht-toxischen, nicht-seltenen Materialien markieren.
Schlüsselbegriffe
Abwärme, Autos, thermoelektrische Wandler, NANOHITEC, Nanostrukturen, Magnetron-Sputtern
