Nanomaterialien wandeln Wärme in Strom

  • 07. June 2016

Unterdrückung der langwelligen Emission steigert Effi­zienz der thermo­photo­volta­ischen Energie­um­wandlung.

Wärme direkt in Strahlung und danach mit hoher Effizienz in elek­trische Energie um­wandeln – das kann ein von Forschern der TU Hamburg-Harburg und des Helm­holtz-Zentrums Geest­hacht in Koope­ration mit der Univer­sity of Alberta in Kanada herge­stelltes, neu­artiges optisches Nano­material. Das Material könnte einen wichtigen Beitrag leisten, moderne Industrie­gesell­schaften auf ressourcen­schonenden Energie­einsatz umzu­stellen.

Wärme-Strom-Umwandlung

Abb.: Links: Aufbau des geschichteten optischen Nano­materials aus nur zwanzig Nano­meter dicken Lagen des hoch­tempe­ratur­beständigen Wolframs und hundert Nano­meter dicken Lagen aus eben­falls hoch­tempe­ratur­festem Hafnium­dioxid. Rechts: Die elektronen­mikro­skopische Auf­nahme des optischen Nano­materials zeigt die sehr hohe Präzision, mit der die Einzel­lagen erzeugt wurden. (Bild: TUHH)

Die Wissenschaftler haben Nanoschichten aus den hoch­temperatur­festen Materialien Wolfram und Hafnium­dioxid kombiniert und daraus ein optisches Meta­material aufge­baut. Dieses Nano­material unter­drückt die Aussendung uner­wünschter lang­welliger Wärme­strahlung bei tausend Grad Celsius und lässt nur die Emission der technisch verwert­baren Wärme­strahlung zu.

Durch die Unterdrückung der langwelligen Emission lässt sich die Effi­zienz von thermo­photo­volta­ischen Energie­wandlern deutlich erhöhen, mit denen die in indus­triellen Prozessen anfallende Abwärme oder auch Wärme aus Sonnen­strahlung direkt in elek­trische Energie umge­wandelt werden kann. Das Forscher­team konnte welt­weit erst­mals den Nachweis erbringen, dass eine solche selektive Emission mit Meta­materialien bei tausend Grad Celsius möglich ist. Die Temperatur­bestän­digkeit des optischen Meta­materials stellt einen neuen Rekord auf.

TUHH / RK

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