Im Kontext globaler Nachhaltigkeitsentwicklungen hat die Abwärmenutzung in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Thermoelektrische Materialien ermöglichen die Nutzung dieser Abwärme zur Stromerzeugung. Dies könnte dazu beitragen, die industrielle Produktivität zu steigern und die Entwicklung einer grünen Wirtschaft zu fördern.
Japanische Forscher der Universität Okayama haben eine innovative Strategie zur Herstellung von n-leitenden Kohlenstoffnanoröhren (CNT) entwickelt . Diese könnte die Nutzung von CNT-Ressourcen zur Umwandlung von Abwärme niedriger Temperatur in Strom verbessern. Die veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass die Forschung eine entscheidende Hürde für CNT-basierte thermoelektrische Bauelemente überwindet, die bei Temperaturen unter 200 °C eingesetzt werden.
Das Team um Forschungsprofessor Hiroo Suzuki dotierte CNT-Garne mit einer stabilen organischen Verbindung namens N-DMBI mithilfe eines neuartigen Lösungsmittelverfahrens. Diese n-leitenden Garne können anschließend mit bereits entwickelten p-leitenden CNT-Garnen kombiniert werden, um effiziente und flexible thermoelektrische Generatoren herzustellen.
„Die aus CNTs hergestellten CNT-Garne eignen sich gut für praktische Anwendungen, da die garnartige Struktur die Herstellung flexibler thermoelektrischer Bauelemente wie beispielsweise textiler Module ermöglicht“, sagt Dr. Suzuki.
Highlights
- N-DMBI hat den Vorteil, eine kleine Molekülgröße zu haben. Dies ermöglicht eine effiziente Dotierung in unerwartet kurze Zeit von 10 Sekunden.
- Außerdem bietet Luft- und Hochtemperaturstabilität bis 150 °C.
- Durch Joule-Glühen der Garne wird ihre n-Dotierungseffizienz zusätzlich deutlich verbessert.
- Die Garne erreichten außergewöhnliche thermoelektrische Leistungswerte mit einem Leistungsfaktor von 2800, 2390 und 1534 µW m-1 K-2 bei 200, 150 und 30 °C.
- Bei niedrigen Temperaturen ist o-Dichlorbenzol das am besten geeignete Lösungsmittel für die N-DMBI-Dotierung.
- Der Prototyp eines flexiblen π-Typ-Moduls könnte bei nur 55 °C und einem Temperaturunterschied von 20 °C Strom erzeugen.
„Die Stromerzeugung bei niedrigen Temperaturen mit geringen Temperaturdifferenzen ist von großer Bedeutung für die Entwicklung thermoelektrischer Module, die verschiedene Wärmequellen nutzen können, wie zum Beispiel Abwärme aus Industrieanlagen, Wärmeabgabe von Fahrzeugen und sogar Körperwärme“, sagt Dr. Suzuki.
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Durch die Entwicklung leistungsstarker thermoelektrischer Generatoren aus Kohlenstoffnanoröhrengarn, die bereits mit geringen Temperaturunterschieden wie Körperwärme arbeiten, wird der Weg für innovative Technologien geebnet. Diese könnten tragbare Geräte, IoT-Sensoren und andere Anwendungen lokal mit Strom versorgen und gleichzeitig Energieverschwendung reduzieren.
