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Das effizienteste Thermoelektrikum wurde entwickelt
Zuletzt überprüft: 01.07.2025
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Chemiker der Northwestern University haben ein einzigartiges thermoelektrisches Material entwickelt, das Wärme in Elektrizität umwandelt.
Es handelt sich um das beste Material seiner Art – seine Effizienz ist doppelt so hoch wie bei allen bisher bekannten ähnlichen Materialien. Diese Entdeckung könnte für die Entwicklung der Weltindustrie von großer Bedeutung sein, wenn man bedenkt, dass zwei Drittel der für den menschlichen Bedarf erzeugten Energie als Wärme verloren gehen. Die Ergebnisse der Forscherarbeit wurden in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Dem Papier zufolge besteht das neue Material aus Körnern von Bleitellurid und Strontiumtellurid sowie einer geringen Menge Natrium. Dieses umweltstabile Material kann 15 bis 20 Prozent der bei der Energieerzeugung entstehenden Wärme in nutzbaren Strom umwandeln.
Das neue Material kann in der Automobil- und Schwerindustrie (zum Beispiel bei der Glas- und Ziegelproduktion, in Ölraffinerien sowie in Kohle- und Gaskraftwerken) eingesetzt werden. Darüber hinaus kann das effiziente Thermoelektrikum auf großen Schiffen und Tankern eingesetzt werden, auf denen große Verbrennungsmotoren ständig laufen.
„Unser thermoelektrisches System ist bei jeder Temperatur das effizienteste der Welt“, sagt Mercury Kanatzidis, Projektleiter und Hauptautor des Nature-Artikels. „Dieses Material kann Wärme effizienter in Strom umwandeln als jedes andere.“ „Wir werden oft gefragt, wie man das Problem der Energieeinsparung lösen kann“, ergänzt Kanatzidis‘ Kollege Vinayak Dravid. „Aber es gibt keine universelle Lösung; die Lösung muss umfassend sein. Thermoelektrika können nicht alle Energieprobleme lösen, sind aber ein wichtiger Bestandteil eines umfassenden Ansatzes.“
Thermoelektrika sind Stoffe, die die Fähigkeit besitzen, bei unterschiedlichen Temperaturen in verschiedenen Zonen des Materials Strom zu erzeugen. Die Effizienz einer solchen Umwandlung wird durch zwei Anforderungen bestimmt, die sich weitgehend widersprechen. Ein effizientes Thermoelektrikum muss Strom möglichst gut und Wärme möglichst schlecht leiten.
Ein Stoff mit sehr geringem Widerstand ist kein wirksames Thermoelektrikum, auch wenn er Wärme gut leitet. Um eine niedrige Wärmeleitfähigkeit bei hoher elektrischer Leitfähigkeit zu erreichen, veränderten Wissenschaftler die Struktur des Materials.
Die Spezialisten nahmen das klassische thermoelektrische Material Bleitellurid (PbTe) als Grundlage und fügten Einschlüsse von Strontiumtellurid-Nanokristallen hinzu. Sie störten die geordnete Struktur des Materials, beeinträchtigten jedoch nicht dessen elektrische Leitfähigkeit und damit auch nicht dessen Wärmeleitfähigkeit.
Das Ergebnis gefiel den Wissenschaftlern und könnte bald auch Automobilherstellern, Ölraffinerien und anderen Industrieanlagen zugutekommen, wo das neue Material zur Senkung der Energiekosten beitragen kann.