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Thermo-Diode gewinnt Strom aus Abwärme

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Die Abwärme eines Prozessors könnte Laptops zu einer längeren Betriebsdauer verhelfen. US-Ingenieure vom Massachussetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge und der Firma Eneco in Salt Lake City entwickelten dazu eine Thermo-Diode, die bereits bei Temperaturen ab 100°C Wärme in elektrischen Strom umwandeln kann. Damit nähern sich diese so genannten thermionischen Konverter einem wirtschaftlich interessanten Arbeitsbereich. Mit der bisherigen Technologie, die fast nur in nuklearen Reaktoren von Raumsonden oder Satelliten Einsatz fand, konnte Wärme erst bei rund 1000 Grad sinnvoll zu Strom umgesetzt werden.

Die Wärmewandler bestehen im Prinzip aus zwei parallelen Leiterplatten. Wird die Kathoden-Platte aufgeheizt, können die Elektronen in dem Material so stark angeregt werden, dass sie zur Anoden-Platte wandern und damit einen Stromfluss erzeugen. Trennte die beiden Platten bisher ein isolierendes Vakuum, füllten die MIT-Forscher diese Lücke mit einem mehrschichtigen Halbleitermaterial aus. Diese Elektronen reichen Schichten auf der Basis von Indiumantimonid oder Quecksilbercadmiumtellurid verbesserten den Elektronenfluss deutlich. "Der Bereich nahe der Wärmequelle ist sehr stark dotiert, sodass die Elektronen herauskochen", sagt Mitentwickler Peter Hagelstein vom MIT. So konnten die Forscher bisher rund 17 Prozent der Wärmeenergie in elektrischen Strom umwandeln. Zudem setzte dieser thermionische Prozess bereits bei Temperaturen zwischen 100 und 300 Grad Celsius ein.

"Wenn Eneco diese thermionische Technologie mit einer Effizienz von 20 Prozent betreiben kann, wird in Zukunft die Welt der Energie durch den Einfluss dieser Innovation neu gestaltet", meint Charles T. Maxwell, Energieexperte des US-Technologieberaters Weeden & Company. Dieses Ziel wollen die Wissenschaftler auch bald erreichen, indem sie das Austritts-Potenzial der Elektronen durch eine effektivere Dotierung der Halbleiter erhöhen.

Neben dem ehrgeizigen Ziel, die Abwärme von elektronischen Bauteilen in Zukunft nutzen zu können, könnten diese Thermodioden zuerst durch wärmere Automotoren betrieben werden und die Stromversorgung der Bordelektronik übernehmen. Umgekehrt können thermionische Elemente effektiv für einen sehr leisen Kühlprozess genutzt werden. (Jan Oliver Löfken) / (wst)

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