Thermoelektrika als Energie für die Zukunft
Thermoelektrika können Temperaturunterschiede in elektrischen Strom umwandeln.
wien. Bei Eisen-Antimonid funktioniert dieser Prozess besonders gut.Eisen-Antimonid (FeSb2) ist Weltrekordhalter unter den Thermoelektrika, sagen Wissenschafter. In keinem anderen Material ist die Kopplung von Elektrizität und Temperaturunterschieden so stark. Warum die sogenannte Thermopower von Eisen-Antimonid so hoch ist, war bisher ein Rätsel. Zudem sollte nach den bisherigen Theorien über Thermoelektrizität der Effekt in dem Material eigentlich viel kleiner sein.
Nun haben die Forscher um Karsten Held vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien mit quantenphysikalischen Computersimulationen das Material analysiert. Dabei zeigten sie, dass die hohe Thermopower von Eisen-Antimonid einerseits an kleinen Unregelmäßigkeiten im Material liegt, etwa zusätzliche Eisen-Atome. Durch diese Eisen-Atome entstehen neue erlaubte Energie-Zustände in dem Material, was dazu führt, dass sich mehr Elektronen frei bewegen können und Strom fließen kann.
Ein weiterer Grund für die guten thermoelektrischen Eigenschaften des Materials liegt in kollektiven Schwingungen der Atome, die die Elektronen mit sich reißen. Für die Rückgewinnung von Energie aus Abwärme eignet sich Eisen-Antimonid allerdings nicht besonders gut, da es seine höchste Thermopower bei sehr niedrigen Temperaturen (rund 20 Kelvin, minus 253 Grad Celsius) hat.
Der thermoelektrische Effekt funktioniert aber auch umgekehrt: Mit dem geeigneten Material kann man durch elektrischen Strom Temperaturunterschiede erzeugen und somit kühlen – ganz ohne Kühlflüssigkeit und Pumpen wie im Kühlschrank.