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Abwärme nutzen, um kleine Geräte zu betreiben

INGENIEURWISSENSCHAFTENAbwärme nutzen, um kleine Geräte zu betreiben

Die Wissenschaftler haben ein geeignetes Material für den Einsatz in thermoelektrischen Generatoren basierend auf dem „anomalen Nernst-Effekt (ANE)“ entwickelt, das den Wirkungsgrad der Spannungserzeugung um ein Vielfaches erhöht. Diese Geräte können bequem in flexiblen Formen und Größen getragen werden, um kleine Geräte mit Strom zu versorgen und so zu ersetzen Batterien.

Der thermoelektrische Effekt beinhaltet die Umwandlung von Wärmeenergie und Elektrizität ineinander; Seebeck-Effekt genannt, wenn Wärme an der Verbindungsstelle zweier ungleicher Metalle in ein elektrisches Potenzial umgewandelt wird, und umgekehrt Peltier-Effekt genannt, dh die Umwandlung eines elektrischen Potenzials in Wärmeerzeugung.

Die Wärme ist im Überfluss vorhanden und wird manchmal verschwendet, um elektrische Geräte mit Strom zu versorgen. In der Vergangenheit wurden viele Anstrengungen unternommen, um eine kommerziell tragfähige Technologie zur Gewinnung von Wärme zu entwickeln. Der auf dem Seebeck-Effekt basierende konnte aufgrund mehrerer Einschränkungen nicht das Licht der Welt erblicken.

Ein weniger bekanntes Phänomen namens Anomaler Nernst-Effekt (ANE), dh die Anwendung eines Temperaturgradienten in einem magnetischen Material erzeugt eine elektrische Spannung senkrecht zum Wärmefluss und wurde in der Vergangenheit auch zur Gewinnung von Wärme und deren Umwandlung in Elektrizität verwendet. Sein Potenzial war jedoch aus Mangel an geeigneten nicht-toxischen, leicht verfügbaren und kostengünstigen Materialien begrenzt.

Die Suche nach diesem richtigen Material scheint nun beendet! Die Forscher haben vor kurzem berichtet, dass sie eine Legierung herstellen, die ungiftig, leicht verfügbar, kostengünstig und formbar genug ist, um sie zu dünnen Filmen zu verarbeiten, die den Anforderungen entsprechen. Mit dem Dopingverfahren machten die Forscher Fe3Al oder FE3Ga (75% Eisen und 25% Aluminium oder Gallium). Bei Verwendung dieses Materials wurde die erzeugte Spannung um das 20-fache erhöht.

Dieses neu entwickelte Material scheint sehr vielversprechend zu sein und kann verwendet werden, um dünne und flexible Materialien zu entwickeln, die in der Lage sind, die Abwärme effizient in elektrische Spannung umzuwandeln, die ausreichend ist, um mit Strom zu versorgen kleine Geräte.

Die Entdeckung dieses in Bezug auf die Eigenschaften genau richtigen Materials könnte möglich sein, da schnelle, automatisierte numerische Rechentechnologien verfügbar sind und die Grenzen der einstigen Methode der Materialentwicklung auf der Grundlage von "Wiederholung" und "Verfeinerungen" effektiv überwunden werden. .

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Quellen:

1. Universität Tokio 2020. Pressemitteilung. Reichlich Element zur Stromversorgung kleiner Geräte. Ein dünner Generator auf Eisenbasis nutzt die Abwärme, um kleine Mengen Strom bereitzustellen. Veröffentlicht am 28. April, 28. April 2020. Online verfügbar unter https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.html Zugriff am 08. Mai 2020.

2. Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et al. Binäre Ferromagnete auf Eisenbasis für die transversale thermoelektrische Umwandlung. Natur 581, 53–57 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z

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