Natrium gibt thermoelektrischen Kraftwerken einen Leistungsschub

Pasadena (USA) - Mit einem deutlich verbesserten Werkstoff wollen Forscher nun noch mehr Strom aus der Abwärme von Autoauspuffen gewinnen. Dazu fertigten sie eine thermoelektrische Legierung aus Blei, Tellur und Selen, die sie zusätzlich mit zahlreichen Natriumatomen impften. Durch diese Dotierung - ein Prozess, der auch in der Produktion von Computerchips angewendet wird - konnten sie deutlich mehr Strom aus Wärme gewinnen als mit bisher kommerziell verfügbaren Thermoelektrika. Ihre Ergebnisse, die zur Entwicklung kleiner Kraftwerke zur Entlastung der Lichtmaschine in Autos führen könnten, präsentieren sie in der Zeitschrift "Science". Damit könnte es möglich werden, den Treibstoffverbrauch um etwa zehn Prozent zu senken.

"Bisher sind thermoelektrische Materialien relativ ineffizient", wissen G. Jeffrey Snyder vom California Institute of Technology in Pasadena und seine Kollegen vom Shanghai Institute of Ceramics. Als Maßstab für diese Effizienz gilt der so genannte ZT-Wert. Je höher er für ein Material ist, desto mehr Wärme kann in verwertbaren Strom umgewandelt werden. Bisher rangieren diese Werte für Blei- oder Wismuttellurid um 1. Das neue Material hingegen erreicht bei einer Betriebstemperatur von 800 Kelvin, also gut 500 Grad Celsius, mit 1,8 eine fast doppelt so große Effizienz.

Mit aufwändig gefertigten Nanostrukturen konnten in mehreren Laboren auch schon ZT-Werte oberhalb von 2 erreicht werden. Doch aus diesen kompakte, in Autos einbaubare Minikraftwerke zu fertigen, gestaltet sich sehr schwierig. Dieses Problem umschifften Snyder und Kollegen nun mit ihrem Bleitellurselenid-Festkörper. Durch den Zusatz von etwa zwei Prozent an Natriumatomen veränderten sie die elektronischen Eigenschaften des neuen Materials so geschickt, dass auch ohne Nanostrukturen ein guter thermoelektrischer Wirkungsgrad möglich wurde.

In weiteren Arbeitsschritten gilt es nun, aus dem mit Natrium dotierten Werkstoff ein funktionsfähiges Minikraftwerk zu bauen. Parallel könnte auch mit anderen Metallen der Wirkungsgrad weiter erhöht werden. So ist es nicht unmöglich, dass in einigen Jahren zahlreiche, thermoelektrische Module an Autoauspuffen oder in den Schloten von Kohlekraftwerken montiert werden, um aus der bisher ungenutzten Abwärme elektrischen Strom zu erzeugen.