Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verborgene Talente: Mit Bleistift und Papier Wärme in Strom umwandeln

16.02.2018

Thermoelektrische Materialien können Wärmeunterschiede zur Stromerzeugung nutzen. Nun gibt es eine preiswerte und umweltfreundliche Lösung, um sie mit einfachsten Zutaten herzustellen: Ein normaler Bleistift, Kopierpapier und ein leitfähiger Kunststofflack reichen aus, um eine Temperaturdifferenz über den thermoelektrischen Effekt in Strom umzuwandeln. Dies hat nun ein Team am Helmholtz-Zentrum Berlin demonstriert.

Der thermoelektrische Effekt ist keine Neuigkeit, sondern wurde vor fast 200 Jahren von Thomas J. Seebeck entdeckt: Bringt man zwei unterschiedliche Metalle zusammen, dann kann eine elektrische Spannung entstehen, wenn ein Metall wärmer ist als das andere.


Ein thermoelektrisches Element lässt sich schon mit einem Bleistift auf Papier herstellen - kombiniert mit einem leitfähigen Lack.

HZB

Über diesen Effekt lässt sich Restwärme teilweise in elektrische Energie umwandeln. Restwärme entsteht als Nebenprodukt bei fast allen technischen und natürlichen Prozessen, zum Beispiel in Kraftwerken und jedem Haushalt, aber auch im menschlichen Körper. Sie ist eine der größten ungenutzten Energiequellen auf der Erde - meist verpufft sie. Winziger Effekt

Leider ist dieser an sich so nützliche Effekt in normalen Metallen extrem klein. Denn Metalle besitzen nicht nur eine hohe Leitfähigkeit für Strom, sondern ebenso für Wärme, sodass Unterschiede in der Temperatur sofort verschwinden. Thermoelektrische Materialien müssen also trotz hoher elektrischer Leitfähigkeit eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben.

In der Technik werden heute schon stellenweise Thermoelektrika aus anorganischen Halbleitermaterialien wie Bismuttellurid eingesetzt. Allerdings sind solche Materialsysteme teuer und ihr Einsatz rentiert sich nur punktuell. Darüber hinaus werden für den Einsatz am menschlichen Körper auch flexible, ungiftige organische Materialien erforscht, zum Beispiel basierend auf Nanostrukturen aus Kohlenstoff.

Dass es auch viel einfacher geht, hat nun ein Team um Prof. Norbert Nickel am HZB gezeigt: Mit einem normalen Bleistift, Härtegrad HB, zeichneten sie auf gewöhnlichem Kopierpapier eine kleine Fläche aus. Als zweites Material pinselten sie einen transparenten, leitfähigen Kunststofflack (PEDOT:PSS) auf.

Konkret liefern die Bleistift-Proben (Graphit) bei einem Temperaturunterschied von 50 Grad Celsius etwa eine Spannung von 0,875 Millivolt. Dieses Ergebnis ist vergleichbar zu anderen, weitaus teureren Nanokompositen, die bisher für biegsame thermoelektrische Elemente genutzt werden. Und dieser Wert ließ sich verzehnfachen, indem sie dem Graphit etwas Indium-Selenid zusetzen.

Unter dem Rasterelektronenmikroskop und mit spektroskopischen Methoden (Raman-Streuung) am HZB untersuchten die Forscher die Graphit- und Kunststofflack-Filme. „Die Ergebnisse waren für uns auch sehr überraschend“, erklärt Nickel. „Aber wir haben nun eine Erklärung gefunden, warum dies so gut funktioniert: Der Bleistiftabrieb bildet auf dem Papier eine Fläche aus ungeordneten Graphitflocken, etwas Graphen und Lehm. Während dies die elektrische Leitfähigkeit nur wenig reduziert, kann Wärme deutlich schlechter transportiert werden.“

Mit diesen einfachen Zutaten könnten sich künftig thermoelektrische Baulemente auf Papier drucken lassen, die äußerst preiswert, umweltfreundlich und ungiftig sind. Solche winzigen und biegsamen Bauelemente wären auch direkt am Körper einsetzbar und könnten die Körperwärme nutzen, um kleine Geräte oder Sensoren zu betreiben.

Zur Publikation in ACS Appl. Mater. Interfaces (2018): "Fine Art of Thermoelectricity", Viktor Brus, Marc A. Gluba, Joerg Rappich, Felix Lang, Pavlo Maryanchuk, and Norbert H. Nickel.

DOI: 10.1021/acsami.7b17491

Die Arbeit wurde von der American Chemical Society (ACS) mit dem Editors' Choice Award ausgezeichnet und steht jetzt Open Access allen Leserinnen und Lesern zur Verfügung.

Dr. Antonia Rötger | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Auf dem Weg zu neuen Leistungstransistoren
11.07.2018 | Paul Scherrer Institut (PSI)

nachricht Erneuerbarer Kraftstoff aus der Kläranlage
10.07.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Im Focus: Magnetic vortices: Two independent magnetic skyrmion phases discovered in a single material

For the first time a team of researchers have discovered two different phases of magnetic skyrmions in a single material. Physicists of the Technical Universities of Munich and Dresden and the University of Cologne can now better study and understand the properties of these magnetic structures, which are important for both basic research and applications.

Whirlpools are an everyday experience in a bath tub: When the water is drained a circular vortex is formed. Typically, such whirls are rather stable. Similar...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Event News

Leading experts in Diabetes, Metabolism and Biomedical Engineering discuss Precision Medicine

13.07.2018 | Event News

Conference on Laser Polishing – LaP: Fine Tuning for Surfaces

12.07.2018 | Event News

11th European Wood-based Panel Symposium 2018: Meeting point for the wood-based materials industry

03.07.2018 | Event News

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinelles Lernen: Neue Methode ermöglicht genaue Extrapolation

13.07.2018 | Informationstechnologie

Fachhochschule Südwestfalen entwickelt innovative Zinklamellenbeschichtung

13.07.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics