Ein Team von Wissenschaftlern der Northwestern University und der Seoul National University in Korea hat ein hocheffizientes thermoelektrisches Material demonstriert, das Wärme sehr effizient in Strom umwandeln kann. Bei der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen gehen heute über 65 % der Energie in Form von „Abwärme“ verloren. Diese Wärme aufzufangen und daraus Strom zu erzeugen, ist eine ernsthafte Wirtschaftlichkeit und Sorge für die Umwelt.
Materialwissenschaftler der Northwestern University in Illinois haben ein vielversprechendes thermoelektrisches Material in Form einer einkristallinen Zinnselenid (SnSe)-Verbindung entwickelt. Ein Problem blieb die hohe Zerbrechlichkeit der Einkristallform der Verbindung, die eine praktische Verwendung des Fundes erschwerte. Gleichzeitig erwies sich die wesentlich stabilere und plastischere polykristalline Form der Verbindung als ungeeignet für die thermoelektrische Umwandlung. Es stellte sich heraus, dass Zinnselenid in polykristalliner Form eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, was die bemerkenswerten thermoelektrischen Eigenschaften des Materials zunichte macht.
Mit Hilfe ihrer südkoreanischen Kollegen gelang es Wissenschaftlern aus den USA, die Ursache des Problems zu finden – es war die Bildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche der Verbindung. Wissenschaftler aus Korea konnten ein technisches Verfahren vorschlagen und testen, bei dem Sauerstoff aus der Kette chemischer Reaktionen ausgeschlossen und Zinnselenid in polykristalliner Form ohne oxidische Verunreinigungen gewonnen wurde.
Der Umwandlungswirkungsgrad der Abwärme in eine "reine" polykristalline Zinnselenidverbindung (Gütezahl) betrug ungefähr 3,1 ZT bei einer Temperatur von 783 K (510 ℃). Der Gütefaktor - ein Indikator für den Umwandlungskoeffizienten von Wärme in Elektrizität - erwies sich als noch höher als der einer Einkristallverbindung.
Wissenschaftler stellen fest, dass die Produktion eines neuen Materials problemlos gestartet werden kann. Sie erwarten, dass thermoelektrische Wandler auf Basis von reinem polykristallinem Zinnselenid in der energieintensiven Produktion, beispielsweise in der Stahlschmelze, und im Großtransport, beispielsweise auf Schiffen mit großer Verdrängung, gefragt sein werden.
2021-08-06 13:23:10
Autor: Vitalii Babkin