Elektrotechnik

Thermoelektrischer Generator - Energiegewinnung aus Abwärme

Ref.-Nr. 4899

Keywords: Thermoelectric generator, energy conversion from waste heat, transition metal oxides, interface polarity

Thermoelektrische Generatoren konvertieren Abwärme in elektrische Energie. Damit lässt sich Energie in einer Vielzahl von technischen Anwendungen effizient erzeugen und rückgewinnen.

Üblicherweise werden thermoelektrische Generatoren aus zwei verschiedenen Materialien aufgebaut: Eines der  Materialien ist als p-Typ-Thermoelektrikum (mit einem positiven thermoelektrischen Antwort- bzw. Seebeck-Koeffizienten) ausgelegt, das andere als n-Typ-Thermoelektrikum mit einem entsprechenden  negativen thermoelektrischen Antwortkoeffizienten. Oft sind diese beiden Materialien chemisch und strukturell unterschiedlich und daher schlecht kompatibel. Bei der vorliegenden Erfindung induzieren Grenzflächen mit unterschiedlicher Polarität (n- und p-Typ) in ein und derselben Schichtstruktur (Übergitter) aus LaNiO3 und SrTiO3 durch elektrostatische Dotierung n- und p-Typ-Thermoelektrizität. Diese Technologie kommt daher ohne die konventionelle statistische Dotierung mit Fremdatomen aus. Ein weiterer Vorteil dieser oxidischen Materialien gegenüber üblichen dotierten Halbleitern liegt in der hohen thermischen Stabilität. Durch aktuelle technische Verfahren können diese oxidischen Materialien auf atomarer Längenskala mit scharfen und exakten Grenzflächen hergestellt bzw. miteinander kombiniert werden.

Vorteile

  • Hohe thermische Stabilität
  • Gute Strukturierbarkeit
  • Oxidische Thermoelektrika

Kommerzielle Anwendung

Die Erzeugung und Rückgewinnung von elektrischer Energie aus Abwärme ist für zahlreiche technische Anwendungen interessant: Temperaturstabile Thermogeneratoren können u.a. in Abgasanlagen, Computer- und Rechenzentren sowie als Spannungsquelle in autarken Sensornetzwerken branchenübergreifend zum Einsatz gebracht werden, sind aber auch z.B. bei Wearables wie Smartwatches denkbar.

Aktueller Stand

Simulationsergebnisse liegen vor und die Herstellung erster Musterproben, an denen die Vorteile des Verfahrens demonstriert werden können, ist in Planung. Sowohl ein deutsches Patent (DE 10 2017 102 703 A1) als auch ein europäisches Patent sind erteilt worden (EP 3580788). Wir bieten interessierten Unternehmen die Möglichkeit der Lizenzierung sowie die Weiterentwicklung der Technologie in Zusammenarbeit mit den Erfindern aus der Universität Duisburg-Essen an.

Relevante Veröffentlichungen

B. Geisler, A. Blanca-Romero, and R. Pentcheva, Phys. Rev. B 95, 125301 (2017)

Dipl.-Ing. Martin van Ackeren

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