Neue Legierung verwandelt Wärme effizient in Elektrizität
Auf der Suche nach thermoelektrischen Materialien, mit denen Wärme effizient in elektrische Energie umgewandelt werden kann, zeigte sich laut österreichischen Forschern eine Mischung aus Nickel und Gold besonders vielversprechend. Damit wäre es beispielsweise möglich, Smart-Watches nur mit der Körperwärme des Trägers aufzuladen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Science Advances" veröffentlicht.
Ein wichtiger Parameter für die thermoelektrische Leistungsfähigkeit eines Materials ist der nach dem deutschen Physiker Thomas Johann Seebeck (1770-1831) benannte Seebeck-Effekt. Er ist dafür verantwortlich, dass bestimmte Stoffe Temperaturunterschiede direkt in elektrische Energie umwandeln können. Ein gutes thermoelektrisches Material zeichnet sich aber nicht nur durch einen großen Seebeck-Effekt aus. Es sollte auch elektrischen Strom möglichst gut leiten und Wärme möglichst schlecht transportieren.
Metalle wie Kupfer, Silber oder Gold würden heutzutage kaum als thermoelektrische Materialien in Erwägung gezogen, da sie trotz einer extrem hohen elektrischen Leitfähigkeit üblicherweise einen sehr geringen Seebeck-Koeffizienten aufweisen, erklärte Erstautor Fabian Garmroudi von der Technischen Universität (TU) Wien. Den Forschern ist es nun gelungen, mit einer Mischung des magnetischen Metalls Nickel mit dem Edelmetall Gold eine Legierung mit hoher Leitfähigkeit und einem außergewöhnlich großen Seebeck-Koeffizienten zu finden.
Durch die Mischung würden sich die elektronischen Eigenschaften radikal ändern. Sobald der gelbliche Schimmer des Goldes unter Zugabe von etwa zehn Prozent Nickel verschwinde, steige die thermoelektrische Leistungsfähigkeit rapide an. Die Leistung wird mit der sogenannten thermoelektrischen Gütezahl (ZT) ausgedrückt - je höher der Wert, desto besser die thermoelektrischen Eigenschaften. "Mit rund 0,5 wurde ein Rekordwert für Metalle erreicht, der auch mit einigen Halbleitern mithalten kann", erklärte Garmroudi gegenüber der APA.
Ursache für den verstärkten Seebeck-Effekt sei das energieabhängige Streuverhalten der Elektronen. Durch die speziellen elektronischen Eigenschaften der Nickel-Atome würden positive Ladungen stärker gestreut als negative, woraus sich eine hohe Thermospannung ergebe. Derzeit erforsche die Gruppe weitere Kandidaten, die ohne das teure Element Gold auskommen.
Service: https://doi.org/10.1126/sciadv.adj1611