Wie thermoelektrische Materialien ohne giftige Elemente auskommen

Faszination Technik Wie thermoelektrische Materialien ohne giftige Elemente auskommen

15.11.2022 Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker / Redakteur: Dorothee Quitter

Anbieter zum Thema

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: ein synthetisches Kupfermineral, das giftige Elemente aus thermoelektrischen Bauteilen ersetzen kann.

Die Kristalle des synthetischen Kupferminerals erzeugen Strom aus Wärme.
(Bild: Wiley-VCH)

Thermoelektrische Materialien wandeln Wärme in elektrischen Strom um. Das ist sinnvoll in Industrieprozessen, in denen aus Abwärme wertvoller Strom gewonnen werden kann. Umgekehrt dienen thermoelektrische Materialien auch zur Kühlung von elektronischen Bauteilen wie zum Beispiel in Smartphones oder in der Autoelektronik. Die Materialien sollten daher nicht nur effizient, sondern auch preisgünstig und vor allem gesundheitlich unbedenklich sein.

Suche nach ungiftigen thermoelektrischen Materialien

Thermoelektrische Bauteile enthalten bislang jedoch teure und giftige Elemente wie etwa Blei und Tellur – diese weisen den höchsten Wirkungsgrad auf. Auf der Suche nach gesünderen Alternativen erforschen Emmanuel Guilmeau und seine Arbeitsgruppe vom Crismat-Labor im französischen Caen Derivate von natürlichen sulfidischen Kupfermineralen. Diese Minerale bestehen im Wesentlichen aus nicht giftigen, häufig in der Erdkruste vorkommenden Elementen und haben zum Teil auch thermoelektrische Eigenschaften. Dem Forschungsteam gelang es jetzt, eine Reihe von thermoelektrischen Materialien herzustellen, die zwei Kristallstrukturen im selben Material vereinen. Dabei änderten sie die Zusammensetzung eines synthetischen Kupferminerals so, dass sie einen kleinen Anteil des Mangans durch Kupfer ersetzten.

Synthetisches Material vereint zwei Kristallstrukturen

Das neue, synthetische Material besteht aus Kupfer, Mangan, Germanium und Schwefel. Zu seiner Herstellung werden nach eigenen Angaben die Pulver einfach mechanisch durch ein Kugelmahlverfahren in eine vorkristalline Legierung gebracht und dann bei 600 Grad Celsius verdichtet. Die gebildete komplexe Mikrostruktur aus ineinander verschachtelten Nanodomänen, Defekten und elektronisch gleichartigen Grenzflächen sei die Grundlage für den Transport von Elektronen und Wärme. Emmanuel Guilmeau ist überzeugt, dass günstigere und ungiftige thermoelektrische Materialien auf der Grundlage dieser Entdeckungen entwickelt werden können. Das neue Material soll bis 400 Grad Celsius stabil bleiben und liegt damit im üblichen Abwärme-Temperaturbereich vieler Industrieanlagen.

Zur Originalpublikation

(ID:48745000)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Geschäftliche E-Mail

Bitte geben Sie eine gültige E-Mailadresse ein.

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Stand vom 15.04.2021

Es ist für uns eine Selbstverständlichkeit, dass wir verantwortungsvoll mit Ihren personenbezogenen Daten umgehen. Sofern wir personenbezogene Daten von Ihnen erheben, verarbeiten wir diese unter Beachtung der geltenden Datenschutzvorschriften. Detaillierte Informationen finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Einwilligung in die Verwendung von Daten zu Werbezwecken

Ich bin damit einverstanden, dass die Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Max-Planckstr. 7-9, 97082 Würzburg einschließlich aller mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen (im weiteren: Vogel Communications Group) meine E-Mail-Adresse für die Zusendung von redaktionellen Newslettern nutzt. Auflistungen der jeweils zugehörigen Unternehmen können hier abgerufen werden.

Der Newsletterinhalt erstreckt sich dabei auf Produkte und Dienstleistungen aller zuvor genannten Unternehmen, darunter beispielsweise Fachzeitschriften und Fachbücher, Veranstaltungen und Messen sowie veranstaltungsbezogene Produkte und Dienstleistungen, Print- und Digital-Mediaangebote und Services wie weitere (redaktionelle) Newsletter, Gewinnspiele, Lead-Kampagnen, Marktforschung im Online- und Offline-Bereich, fachspezifische Webportale und E-Learning-Angebote. Wenn auch meine persönliche Telefonnummer erhoben wurde, darf diese für die Unterbreitung von Angeboten der vorgenannten Produkte und Dienstleistungen der vorgenannten Unternehmen und Marktforschung genutzt werden.

Falls ich im Internet auf Portalen der Vogel Communications Group einschließlich deren mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen geschützte Inhalte abrufe, muss ich mich mit weiteren Daten für den Zugang zu diesen Inhalten registrieren. Im Gegenzug für diesen gebührenlosen Zugang zu redaktionellen Inhalten dürfen meine Daten im Sinne dieser Einwilligung für die hier genannten Zwecke verwendet werden.

Recht auf Widerruf

Mir ist bewusst, dass ich diese Einwilligung jederzeit für die Zukunft widerrufen kann. Durch meinen Widerruf wird die Rechtmäßigkeit der aufgrund meiner Einwilligung bis zum Widerruf erfolgten Verarbeitung nicht berührt. Um meinen Widerruf zu erklären, kann ich als eine Möglichkeit das unter https://support.vogel.de abrufbare Kontaktformular nutzen. Sofern ich einzelne von mir abonnierte Newsletter nicht mehr erhalten möchte, kann ich darüber hinaus auch den am Ende eines Newsletters eingebundenen Abmeldelink anklicken. Weitere Informationen zu meinem Widerrufsrecht und dessen Ausübung sowie zu den Folgen meines Widerrufs finde ich in der Datenschutzerklärung, Abschnitt Redaktionelle Newsletter.