Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Strom aus Wechselbad des Magnetismus

09.01.2019

Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Festkörper und Werkstoffforschung Dresden (IFW) haben einen neuen magnetischen Generator entwickelt, um Abwärme in Strom umzuwandeln. Durch eine clevere Anordnung der Komponenten ist es gelungen, die elektrische Ausbeute um Größen-ordnungen zu verbessern. Damit qualifizieren sich thermomagnetische Generatoren zur anwendungstauglichen Technologie für die Rückgewinnung von elektrischer Energie aus Abwärme.

Bei vielen Prozessen im Alltag und in der Industrie entsteht Abwärme, die nicht heiß genug ist, um sie sinnvoll zu verwenden. In der Regel wird sie ungenutzt in die Umwelt geleitet, so zum Beispiel auch bei großen IT-Servern oder am Austritt von Kraftwerks-Kühltürmen.


Thermomagnetischer Generator im Labormaßstab

Foto: IFW Dresden

Bisher gibt es kaum anwendungsreife Technologien, um diese Niedertemperatur-Abwärme in Elektrizität umzuwandeln. Große Hoffnungen werden auf sogenannte thermoelektrische Materialien gesetzt, bei denen eine elektrische Spannung direkt aus der Wärmedifferenz des Materials erzeugt werden kann.

Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung thermomagnetischer Generatoren. Diese machen sich zu Nutze, dass die magnetischen Eigenschaften bestimmter Legierungen sehr stark von der Temperatur abhängen. Ein solches Material ist zum Beispiel die Legierung aus den Elementen Lanthan, Eisen, Kobalt und Silizium, die bisher für magnetische Kühlanwendungen eingesetzt wurde.

Unterhalb von ca. 27 Grad Celsius ist das Material magnetisch, während es bei höheren Temperaturen unmagnetisch ist. Wird das Material abwechselnd mit warmen und kalten Wasser in Berührung gebracht, ändert sich fortwährend die Magnetisierung des Materials.

Das wiederum bewirkt, dass in der angelegten Spule eine Spannung induziert wird, die für einen Verbraucher genutzt werden kann.

Dieses Prinzip thermomagnetischer Generatoren wurde bereits vor mehr als hundert Jahren entwickelt. Allerdings ist die Ausbeute bisher deutlich geringer als die von thermoelektrischen Generatoren, obwohl theoretische Berechnungen zeigen, dass viel bessere Kennzahlen erreichbar sein sollten.

Durch eine clevere Anordnung der einzelnen Komponenten ist es Wissenschaftlern des IFW Dresden in Kooperation mit der TU Dresden und der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) in Berlin gelungen, die Leistung von thermomagnetischen Generatoren um Größenordnungen zu verbessern.

Hierzu verwendeten sie einen magnetischen Kreislauf aus zwei magnetischen Quellen und zwei Elementen der thermomagnetischen Legierung. Die einzelnen Komponenten sind mit magnetisch leitendem Material verbunden, das an zwei Stellen mit einer Spule umwickelt ist.

Ein kalt-warmes Wechselbad der thermomagnetischen Elemente führt nun dazu, dass sie den Magnetfluss abwechselnd leiten oder unterbrechen. Dies hat eine ständige Umpolung des Magnetflusses in den Kreisläufen zur Folge, wodurch in den Spulen eine elektrische Spannung induziert wird.

Mit einer Spannung von 0,2 Volt und einer Leistung von 1,24 Milli-Watt ist der neue thermomagnetische Generator nicht nur um Größenordnungen besser als seine Vorgänger, sondern entwickelt sich damit auch zu einer möglichen Alternative zu thermoelektrischen Generatoren.

Hinzu kommt, dass die Autoren noch viele Möglichkeiten sehen, diese Kennzahlen weiter zu optimieren. Sie sind sehr zuversichtlich, dass die enorme Verbesserung des thermomagnetischen Generators dieser Technologie zum Durchbruch verhilft.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Sebastian Fähler
s.faehler@ifw-dresden.de
IFW Dresden
Tel. 0351 4659 588

Originalpublikation:

A. Waske, D. Dzekan, K. Sellschopp, D. Berger, A. Stork, K. Nielsch, S. Fähler: Energy harvesting near room temperature using a thermomagnetic generator with a pretzel-like magnetic flux topology. Nature energy 2018, DOI 10.1038/s41560-018-0306-x

Weitere Informationen:

https://www.nature.com/articles/s41560-018-0306-x
https://www.ifw-dresden.de/de/news-events/

Dr. Carola Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ifw-dresden.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neues Material mit magnetischem Formgedächtnis
04.06.2019 | Paul Scherrer Institut (PSI)

nachricht Weltraumschrott verringern: HZG-Wissenschaftler helfen beim Sauberhalten
30.05.2019 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Zentrum für Material- und Küstenforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: MPSD-Team entdeckt lichtinduzierte Ferroelektrizität in Strontiumtitanat

Mit Licht lassen sich Materialeigenschaften nicht nur messen, sondern auch verändern. Besonders interessant sind dabei Fälle, in denen eine fundamentale Eigenschaft eines Materials verändert werden kann, wie z.B. die Fähigkeit, Strom zu leiten oder Informationen in einem magnetischen Zustand zu speichern. Ein Team um Andrea Cavalleri vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg, hat nun Lichtimpulse aus dem Terahertz-Frequenzspektrum benutzt, um ein nicht-ferroelektrisches Material in ein ferroelektrisches umzuwandeln.

Ferroelektrizität ist ein Zustand, in dem die Atome im Kristallgitter eine bestimmte Richtung "aufzeigen" und dadurch eine makroskopische elektrische...

Im Focus: MPSD team discovers light-induced ferroelectricity in strontium titanate

Light can be used not only to measure materials’ properties, but also to change them. Especially interesting are those cases in which the function of a material can be modified, such as its ability to conduct electricity or to store information in its magnetic state. A team led by Andrea Cavalleri from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg used terahertz frequency light pulses to transform a non-ferroelectric material into a ferroelectric one.

Ferroelectricity is a state in which the constituent lattice “looks” in one specific direction, forming a macroscopic electrical polarisation. The ability to...

Im Focus: Konzert der magnetischen Momente

Forscher aus Deutschland, den Niederlanden und Südkorea haben in einer internationalen Zusammenarbeit einen neuartigen Weg entdeckt, wie die Elektronenspins in einem Material miteinander agieren. In ihrer Publikation in der Fachzeitschrift Nature Materials berichten die Forscher über eine bisher unbekannte, chirale Kopplung, die über vergleichsweise lange Distanzen aktiv ist. Damit können sich die Spins in zwei unterschiedlichen magnetischen Lagen, die durch nicht-magnetische Materialien voneinander getrennt sind, gegenseitig beeinflussen, selbst wenn sie nicht unmittelbar benachbart sind.

Magnetische Festkörper sind die Grundlage der modernen Informationstechnologie. Beispielsweise sind diese Materialien allgegenwärtig in Speichermedien wie...

Im Focus: Schwerefeldbestimmung der Erde so genau wie noch nie

Forschende der TU Graz berechneten aus 1,16 Milliarden Satellitendaten das bislang genaueste Schwerefeldmodell der Erde. Es liefert wertvolles Wissen für die Klimaforschung.

Die Erdanziehungskraft schwankt von Ort zu Ort. Dieses Phänomen nutzen Geodäsie-Fachleute, um geodynamische und klimatologische Prozesse zu beobachten....

Im Focus: Determining the Earth’s gravity field more accurately than ever before

Researchers at TU Graz calculate the most accurate gravity field determination of the Earth using 1.16 billion satellite measurements. This yields valuable knowledge for climate research.

The Earth’s gravity fluctuates from place to place. Geodesists use this phenomenon to observe geodynamic and climatological processes. Using...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Doc Data – warum Daten Leben retten können

14.06.2019 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - August 2019

13.06.2019 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz in der Materialmikroskopie

13.06.2019 | Veranstaltungen

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

German Innovation Award für Rittal VX25 Schaltschranksystem

14.06.2019 | Förderungen Preise

Fraunhofer SCAI und Uni Bonn zeigen innovative Anwendungen und Software für das High Performance Computing

14.06.2019 | Messenachrichten

Autonomes Premiumtaxi sofort oder warten auf den selbstfahrenden Minibus?

14.06.2019 | Interdisziplinäre Forschung

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