Thermoelektrische Abwärmenutzung – Neues Design spart Material

Wissenschaftlern am Fraunhofer IPM ist es gelungen, den Materialeinsatz bei der Herstellung thermoelektrischer Module um die Hälfte zu reduzieren – bei gleicher Leistung. Dank des geringeren Materialverbrauchs werden die Module zukünftig deutlich günstiger und auch leichter sein.

Die Thermoelektrik gehört zu den Zukunftstechnologien für das so genannte Energy Harvesting. Dazu zählt beispielsweise die Nutzung überschüssiger Abwärme. Thermoelektrische Module wandeln dabei Wärme direkt in Strom um und können so zur besseren Energieeffizienz beitragen. Für einen breiten Einsatz der Energiewandler – beispielsweise im Auto, in Energiesystemen oder Industrieanlagen – müssen die Module deutlich effizienter und preisgünstiger werden. Mit der optimierten Modul-Geometrie ist Fraunhofer IPM der Marktreife nun einen großen Schritt näher gekommen: Bei gleicher Leistung und Effizienz genügt jetzt die Hälfte des üblicherweise eingesetzten thermoelektrischen Materials. Vergleichsmessungen haben gezeigt, dass weitere wichtige Moduleigenschaften wie thermischer Leitwert, Innenwiderstand sowie die Seebeck-Spannung der optimierten Module im Vergleich zu Modulen mit herkömmlicher Geometrie unverändert bleiben.

Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Thermoelektrik konzentrieren sich bis dato vor allem auf die Verbesserung thermoelektrischer Materialien, weniger auf deren Verarbeitung und deren Einsatz in Modulen. Neue Materialien wie Halb-Heusler-Verbindungen, Skutterudite oder Silicide, die vor allem für Anwendungen bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, erreichen heute eine deutlich höhere Effizienz als noch vor wenigen Jahren. Dies ist jedoch nur die Grundvoraussetzung für den Einsatz der Thermoelektrik auf breiter Front. Für die meisten Anwendungen sind diese High-Tech-Materialien bisher zu teuer. Hier bedeutet die Materialeinsparung bei der Modulfertigung einen großen Schritt in Richtung Industrialisierung. Gleichzeitig sind die signifikanten Gewichtseinsparungen bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit insbesondere für mobile Anwendungen wie im Automobilbereich entscheidend. Und das Designkonzept erlaubt weitere Verbesserungen.

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