Tellur-freie thermoelektrische Generatoren

Immer noch wird der Großteil der erzeugten thermischen Energie durch Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt. Dabei geht Abwärme verloren, die man nutzen könnte. Etwa die Hälfte der Abwärme fällt im Niedertemperaturbereich bei unter 300 °C an. Diese könnte durch thermoelektrische Generatoren rückgeführt werden.

Magnesium-Antimon Verbindungen als Ersatz für Tellur

Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärme in Elektrizität um. Dabei zeichnen sie sich durch einen vibrationsfreien, geräuschlosen Betrieb ohne bewegliche Komponenten aus. Eine besonders lange Lebensdauer ist garantiert. Eine großflächige Nutzung thermoelektrischer Generatoren würde die Verfügbarkeit kostengünstiger Hochleistungs-Materialien voraussetzen.

Dies betrifft insbesondere Bismuttellurid-Verbindungen, die seit über 50 Jahren die Grundlage für kommerziell genutzte thermoelektrische Generatoren bilden. Die Knappheit von Tellur (Te <0,001 ppm in der Erdkruste und Produktion <500 t/Jahr) begrenzt heute den großflächigen Einsatz. Daher wird am Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden nach Alternativen geforscht.

In Kooperation mit Prof. Zhifeng Ren vom Texas Zentrum für Supraleitung (TcSUH) der Universität Houston, wurde erstmals ein leistungsstarker Tellur-freier thermoelektrischen Generator auf Basis von Magnesium-Antimon Verbindungen entwickelt. Dieser basiert auf einem einfachen, flexiblen und gut skalierbaren Fertigungsprozess.

Der neue thermoelektrische Generator erreicht einen Wirkungsgrad von 7.0% bei einer Temperaturdifferenz von 250°C und übertrifft damit sogar den Wirkungsgrad kommerzieller Bismuttellurid-basierter thermoelektrischer Generatoren (~5.2%).

Die Arbeit stellt eine praktikable und nachhaltige Alternative zu Bismuttellurid-basierten thermoelektrischen Generatoren dar. Sie wurde im Rahmen des Strategieprojekts „Drahtlose Sensoren für Hochtemperaturanwendungen“ des IFW Dresden und der Alexander von Humboldt Stiftung gefördert.

Forschungsbericht unter: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21391-1

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