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Forscher entwickeln Thermoelektrikum ohne problematische Elemente

Wien - Einem Forscher-Team der Technischen Universität (TU) Wien http://www.tuwien.ac.at und der Universität Wien http://www.univie.ac.at ist ein Durchbruch im Bereich thermoelektrischer Materialien gelungen. Eine neue Generation der Thermoelektrika aus der Familie der Skutterudite kommt ohne problematische Elemente aus. Das lässt hoffen, dass die Materialien verstärkt zum praktischen Einsatz kommen können. Bereits getestet wird diesbezüglich etwa die Stromgewinnung aus der Abwärme von Motoren.

Einst waren die nach dem norwegischen Dorf Skutterud benannten Skutterudite vor allem für das Blaufärben von Porzellan verantwortlich. In der modernen Technik liegt ihre Bedeutung in der Tatsache, dass sie Thermoelektrika - Materialien also, die aus Wärme Elektrizität gewinnen oder umgekehrt Strom zur Kühlung nutzen können. Gerfried Hilscher vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien erklärt: "Das Problem für diesen Bereich der praktischen Anwendung ist, Skutterudite zu entwickeln, die möglichst viel Wärme in Elektrizität umsetzen können."

Eine mögliche Anwendung von Skutteruditen ist die Gewinnung von Elektrizität aus der Abwärme technischer Geräte. Speziell bei Motoren könnten dadurch Batterien geladen oder Lichtmaschinen entlastet werden. Für den Motorenbereich ist ein FFG-Projekt mit der AVL List http://www.avl.com ist bereits im Gange. "Allerdings kommen dort noch alte Skutterudite zum Einsatz, das Projekt läuft ja schon 1 1/2 Jahre", so Peter Franz Rogl vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Wien. Bevor auch die neuen umwelt- und gesundheitsfreundlicheren Materialien zum Einsatz kommen können, müssen laut Rogl deren Eigenschaften genauer bestimmt werden. Hilscher betont auch, dass weitere Forschungen zu den neuen Skutteruditen Variationen hervorbringen könnten, die deutlich effizienter Wärme in Strom umwandeln. Diese wären für den praktischen Einsatz dann besonders interessant.

Die Skutterudite bestehen aus einer Kombination eines elektropositiven Elements, z.B. Barium oder Strontium, einem Übergangsmetall, z.B. Platin, und einer dritten Komponente. Diese war bisher problematisch, da Elemente aus der Gruppe der Pnictogene zum Einsatz kamen, etwa Phosphor oder giftiges Arsen. Der Forschergruppe um Ernst Bauer von der TU Wien ist es nun gelungen, die Pnictogene durch Germanium zu ersetzen. Dieser Verzicht auf Problemelemente lässt auf eine bessere praktische Anwendbarkeit hoffen.

Die Forschungsarbeit von Ernst Bauer und seinen Kollegen wird am 23. November 2007 im Wissenschaftsjournal "Physical Review Letters" veröffentlicht. Ferner wird ein Beitrag in der Fachzeitschrift "Advanced Materials" erscheinen. (pte.at)