19.12.2019 - Queen Mary, University of London

Fine-Tuning thermoelektrischer Materialien für günstigere erneuerbare Energien

Forscher der Queen Mary University of London haben neue thermoelektrische Materialien entwickelt, die eine kostengünstige Option zur Umwandlung von Wärmeenergie in Strom bieten könnten.

Materialien, die als Halogenidperowskite bekannt sind, wurden als erschwingliche Alternativen zu bestehenden thermoelektrischen Materialien vorgeschlagen, aber bisher waren die Untersuchungen über ihre Eignung für thermoelektrische Anwendungen begrenzt.

In dieser Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, führten Wissenschaftler eine Reihe von Experimenten an dünnen Schichten des Halogenidperowskits, Cäsium-Zinn-Iodid, durch, um seine Fähigkeit zu testen, elektrischen Strom aus Wärme zu erzeugen. Die Forscher fanden heraus, dass sie die thermoelektrischen Eigenschaften der Materialien durch eine Kombination von Methoden verbessern konnten, bei der eine partielle Oxidation und die Einführung zusätzlicher Elemente in das Material durchgeführt wurden.

Dr. Oliver Fenwick, leitender Forschungsmitarbeiter der Royal Society University und Dozent für Materialwissenschaften an der Queen Mary University of London, sagte: "Seit vielen Jahren werden Halogenidperowskite als vielversprechende thermoelektrische Materialien vorgeschlagen. Aber während Simulationen gute thermoelektrische Eigenschaften nahegelegt haben, haben echte experimentelle Daten diese Erwartungen nicht erfüllt.

"In dieser Studie haben wir erfolgreich Doping-Techniken eingesetzt, bei denen wir bewusst Verunreinigungen in das Material einbringen, um die thermoelektrischen Eigenschaften von Cäsium-Zinn-Iodid zu optimieren und zu verbessern, was Möglichkeiten für den Einsatz in thermoelektrischen Anwendungen eröffnet."

Thermoelektrische Materialien nutzen Temperaturunterschiede, um elektrische Energie zu erzeugen. Sie wurden als vielversprechender nachhaltiger Ansatz sowohl für die Energieerzeugung als auch für das Recycling vorgeschlagen, da sie zur Umwandlung von Abwärme in Nutzenergie genutzt werden können. Allerdings sind die derzeit weit verbreiteten thermoelektrischen Materialien teuer in der Herstellung und Verarbeitung, was die Akzeptanz dieser grüneren Technologie eingeschränkt hat.

"Mit dem gestiegenen globalen Bewusstsein für den Klimawandel und der Erkenntnis, dass eine Reihe von Lösungen für erneuerbare Energien erforderlich sein werden, um unseren Energiebedarf zu decken, stehen thermoelektrische Generatoren nun im Mittelpunkt der heutigen Debatte über "grüne Technologien", sagte Dr. Fenwick.

"Die thermoelektrischen Materialien, die wir derzeit im Angebot haben, sind teuer und enthalten teilweise sogar toxische Komponenten. Einer der größten Wachstumsbereiche für die Thermoelektrik ist der Bereich für Haushalts-, Gewerbe- oder Wearable-Anwendungen, so dass es notwendig ist, billigere, ungiftige Materialien zu finden, die auch bei niedrigen Temperaturen gut funktionieren können, damit diese Anwendungen vollständig realisiert werden können. Unsere Forschung deutet darauf hin, dass die Halogenid-Perowskite mit etwas Feinabstimmung diese Lücke füllen könnten."

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