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Wie Wärme direkt zu Strom wird

机译：热量如何变成电

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Die Photovoltaik hat sich in den letzten fünf Jahrzehnten von einer Weltraum-Technologie zu einem Stromerzeugungsverfahren mit breiter Anwendung gewandelt. Dies inspiriert die Promotoren der thermoelektrischen Umwandlung, denn die Thermoelektrik basiert wie die Photovoltaik auf Halbleitern. Bei einer thermoelektrischen Anwendung herrscht auf der einen Seite des Halbleiters eine höhere, auf der anderen Seite eine niedrigere Temperatur. Auf der heissen Seite bewegen sich die Ladungsträger schneller, was zu einem Ladungsdefizit auf der heissen Seite und einem Ladungsträgerüberschuss auf der kalten Seite führt-eine nutzbare elektrische Spannung wird generiert. Für die thermoelektrische Energieumwandlung sind-wie bei der Photovoltaik-die Wahl und das Design des Materials entscheidend. Entsprechend wichtig sind Erkenntnisse aus der Mate-rialforschung, wie sie beispielsweise an der Empa in Dübendorf betrieben wird. Geeignete Materialien verfügen über eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit. «Das ist eine paradoxe Anforderung an ein Material, weil Wärme wie Elektrizität durch Elektronen weitergegeben wird», sagt Empa-Forscher Corsin Battaglia. «Klassische elektrische Leiter wie Kupfer sind gleichzeitig auch gute Wärmeleiter, und klassische Isolatoren wie Glas schirmen auch Wärme ab. Dieses Paradox müssen wir in der thermoelektrischen Materialforschung brechen.» Die Wirkungsgrade hängen vom verwendeten thermoelektrischen Material ab sowie von der gegebenen Temperaturdifferenz (Bild 7). Bei Anwendungen in der Raumfahrt haben thermoelektrische Generatoren bewiesen, dass sie über Jahrzehnte einwandfrei funktionieren können. Strom lässt sich aus Wärme nicht nur thermoelektrisch gewinnen, sondern beispielsweise auch magnetokalorisch (vgl. Benedikt Vogel, «Strom aus handwarmem Wasser», Bulletin SEVA/SE 11/2015, S. 37).
机译：在过去的五十年中，光伏技术已经从空间技术转变为广泛使用的发电过程。这激发了热电转换的促进者，因为热电像光伏一样是基于半导体的。在热电应用中，半导体的一侧温度较高，而另一侧温度较低。电荷载流子在热侧移动得更快，这会导致热侧电荷不足，而冷侧电荷过多-会产生可用的电压。对于热电能量转换（与光伏电池一样），材料的选择和设计至关重要。物质研究的结果，例如在杜本多夫的Empa进行的研究，具有相应的重要性。合适的材料具有高电导率和低热导率。 Empa研究员Corsin Battaglia说：“这是对材料的悖论要求，因为热量像电一样是通过电子传递的。” “诸如铜之类的经典电导体也是良好的热导体，而诸如玻璃之类的经典绝缘体也能屏蔽热量。我们必须打破热电材料研究中的这一悖论»效率取决于所使用的热电材料和给定的温差（图7）。在航空航天应用中，热电发电机已经证明可以正常工作数十年。不仅可以通过热电而且可以通过磁热从热中获得电（参见Benedikt Vogel，“热水产生的电”，公告SEVA / SE 11/2015，第37页）。

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  • 来源
    《Bulletin SEV/VSE》 |2016年第6期|22-22|共1页
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