Thermoelektrische Generatoren revolutioniert

Magnesiumbasierte Werkstoffe sind billig und umweltneutral und nutzbar für Weltraummissionen

So sind die neuen Generator-Werkstoffe aufgebaut (Grafik: ORNL/Jill Hemman)

Durham/Lemond (pte033/28.07.2021/12:30) - Forscher der Duke University http://duke.edu und der Michigan State University http://msu.edu haben die beiden magnesiumbasierten Materialien Mg3Sb2 und Mg3Bi2 entdeckt, die traditionelle thermoelektrische Generatoren leistungsbezogen revolutionieren könnten. Außerdem sind sie den Experten zufolge umweltverträglicher und kostengünstiger in der Herstellung.

Magnesium statt Schwermetalle

Entgegen der vorherrschenden wissenschaftlichen Lehrmeinung über die Notwendigkeit schwerer Elemente zeigen die Forscher, dass der Ersatz von schweren Elementen wie Kalzium und Ytterbium durch leichtere Magnesiumatome zur Verdreifachung der Leistung führt. Um die neuen Werkstoffe zu entwickeln, war detektivische Kleinarbeit nötig.

Die Forscher ermittelten die inneren Strukturen der neuen Legierungen durch Neutronen- und Röntgenstreuexperimente in den Forschungsanlagen Oak Ridge National Laboratory und Argonne National Laboratory sowie durch Simulationen auf den Supercomputern des National Energy Research Scientific Computing Center.

Für Orbit-Missionen und Transport

Die Untersuchungen auf atomarer Ebene haben den Forschern den Mechanismus hinter der Fähigkeit der Materialien gezeigt, thermische Energie in Elektrizität umzuwandeln. Die Ergebnisse verdeutlichen mögliche neue Wege zur Verbesserung thermoelektrischer Anwendungen, etwa für Missionen im Weltall - dort gibt es, wenn die Sonne scheint, große nutzbare Temperaturdifferenzen.

"Traditionelle thermoelektrische Materialien basieren auf schweren Elementen wie Blei, Wismut und Tellur - Elemente, die nicht sehr umweltfreundlich und auch nicht sehr reichlich vorhanden sind, was sie tendenziell teuer macht", sagt Olivier Delaire, außerordentlicher Professor an der Duke University. "Magnesium hingegen ist leicht und reichlich vorhanden, was es zu einem idealen Material für Transport- und Raumfahrtanwendungen macht", so Delaire.

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