Organische Thermoelektrik gewinnt Energie bei Raumtemperatur

Forscher der Kyushu Universität in Japan haben ein organisches Gerät entwickelt, das bei Raumtemperatur Energie gewinnt - ganz ohne Temperaturgefälle. Diese Technologie könnte die Grundlage für Geräte bilden, die in Zukunft Umgebungswärme als Energiequelle nutzen.

Ganz neue Thermoelektrik: Strom aus Raumtemperatur

Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärme in Strom um, indem sie Temperaturunterschiede ausnutzen. Ein bekanntes Beispiel ist der Einsatz dieser Technologie in Raumsonden wie der Voyager oder dem Mars-Rover Curiosity, wo radioaktive Isotope die nötige Wärme liefern. Solche Geräte sind jedoch meist teuer, ineffizient und nutzen gefährliche Materialien. Ein Team der Kyushu University, unter der Leitung von Professor Chihaya Adachi, verfolgte daher einen neuen Ansatz, um diese Nachteile zu überwinden. Die Ergebnisse wurden in Nature veröffentlicht.

Das Ziel der Forscher war es, ein Thermoelektrik-Gerät zu entwickeln, das bei Raumtemperatur ohne Temperaturunterschiede funktioniert. "Wir wollten ein Gerät schaffen, das Energie direkt aus der Umgebungstemperatur gewinnen kann", erklärt Adachi. Anstelle eines herkömmlichen Temperaturgradienten nutzten sie dabei organische Materialien, die besonders effizient Elektronen leiten. Ein entscheidender Punkt war, geeignete Verbindungen zu finden, die als Ladungstransfer-Interface dienen können - das bedeutet, sie können Elektronen zwischen zwei Molekülen hin- und hertransportieren. Der thermoelektrische Generator (Kyushu University/Chihaya Adachi) Nach zahlreichen Tests fand das Team zwei Materialien, die optimal zusammenarbeiten: Kupferphthalocyanin (CuPc) und Kupferhexadecafluorophthalocyanin (F16CuPc). Um die Leistung weiter zu verbessern, fügten sie zusätzlich Fullerene und BCP hinzu, die den Elektronentransport fördern. Das Ergebnis: Das Gerät erreichte eine Spannung von 384 Millivolt und eine maximale Leistung von 94 Nanowatt pro Quadratzentimeter. Beeindruckend ist, dass diese Leistung ohne ein Temperaturgefälle zustande kommt - stattdessen wird die winzige Wärmemenge von 20 bis 60 Millielektronenvolt genutzt, um Elektronenströme zu erzeugen.

Die Funktionsweise des Geräts basiert darauf, dass Phononen - winzige Schwingungen oder Schallwellen - als Energiequelle dienen. "Ähnlich wie Solarzellen Photonen absorbieren, erzeugt dieses Thermoelektrik-Gerät Strom, indem es Phononen absorbiert", erläutert Adachi gegenüber Interesting Engineering. Dabei trennt das Ladungstransfer-Interface die Elektronen von ihren Gegenstücken, den sogenannten "Löchern", und leitet sie zur Elektrode weiter. Die genaue Abstimmung der Schichten sorgt dafür, dass selbst geringe Wärmemengen effektiv genutzt werden können.

Die Forschung der Kyushu Universität verdeutlicht das Potenzial organischer Materialien in der Energietechnik. Diese Materialien sind leicht verfügbar und umweltfreundlich, was sie für den Einsatz in Thermoelektrik-Geräten interessant macht. Solche Geräte könnten in Zukunft eine wichtige Rolle bei der nachhaltigen Energiegewinnung spielen, indem sie Umgebungswärme effizient nutzen. Bis dahin muss aber noch viel weitere Forschung geleistet werden, aktuell ist die Ausbeute noch sehr gering.


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