Wärme zu Strom: Jetzt mit ungiftigem und leicht herstellbarem Material

Thermoelektrische Materialien können einen wichtigen Baustein darstellen, um die Energie-Effizienz verschiedener Anlagen deutlich zu steigern. Ein neues Material bietet dafür gute Eigenschaften und kann einfach in großen Mengen produziert werden.
Das neue synthetische Kupfermineral erwirbt durch einfache Änderungen seiner Zusammensetzung eine komplexe Struktur und Mikrostruktur. Dies führen Forscher des CRISMAT-Labors im französischen Caen in einem Paper aus, das im Journal Angewandte Chemie veröffentlicht wurde. Das fragliche Material besteht aus Kupfer, Mangan, Germanium und Schwefel.

Die einzelnen Bestandteile werden durch Kugelmühlen legiert und kommen so in eine vorkristallisierte Phase. Anschließend erfolgt eine Verdichtung bei 600 Grad Celsius. Dieses Verfahren stellt sicher, dass eine Herstellung problemlos auch in großem Maßstab möglich ist.

Ablösung für Problemstoffe

Thermoelektrische Systeme gibt es bereits seit geraumer Zeit. Allerdings blieb ihr Einsatzgebiet noch ziemlich begrenzt, denn in ihnen wurden vor allem teure und giftige Elemente wie Blei und Tellur eingesetzt. Um sicherere Alternativen zu finden, haben die französischen Forscher nun natürliche Sulfidmineralien auf Kupferbasis untersucht. Diese Mineralderivate bestehen hauptsächlich aus ungiftigen und reichlich vorhandenen Elementen, und einige von ihnen haben bereits thermoelektrische Eigenschaften, die jedoch verbessert werden mussten.

Das ist nun gelungen, indem man einen Werkstoff herstellte, der zwei Kristallstrukturen innerhalb desselben Materials aufweist. "Wir waren von dem Ergebnis sehr überrascht. Normalerweise hat eine geringfügige Änderung der Zusammensetzung kaum Auswirkungen auf die Struktur in dieser Materialklasse", beschreibt Teamleiter Emmanuel Guilmeau die Entdeckung.

Das Material bleibt dabei bis mindestens 400 Grad Celsius stabil und kann so in vielfältigen Bereichen zur Anwendung kommen. Es erzeugt dabei nicht nur Strom, indem es beispielsweise die Abwärme von Motoren oder Industrie-Prozesses absorbiert, sondern sorgt im Zuge dessen auch gleichzeitig für eine entsprechende Kühlung.

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