Maxwell-Dämon in Akku gesperrt
Wie Handy-Batterien dank Kontrolle der Energieströme auf Nano-Ebene länger halten können.
Elektronische Geräte verschwenden durch die Erzeugung nutzloser Hitze eine Menge Energie. Das ist einer der Hauptgründe, warum die Batterien unserer Mobiltelefone so schnell verbraucht sind. Forscher an der Universität Luxemburg sind nun einen großen Schritt vorangekommen im Verständnis dessen, was dabei genau passiert und wie sich diese Energieverschwendung durch die Kontrolle der Energieflüsse auf molekularer Ebene reduzieren ließe. Dies würde unsere Technologie preisgünstiger und langlebiger machen.
Bisher hatten Wissenschaftler nur eine durchschnittliche Vorstellung von der Energieumwandlung in Nano-Geräten. Dank der Forschung an der Universität Luxemburg konnte nun ein vollständigeres Bild gezeichnet werden. „Wir haben universelle Eigenschaften hinsichtlich der Art und Weise entdeckt, wie die Energieeffizienz von Nano-Systemen fluktuiert”, erklärt Massimiliano Esposito von der Forschungseinheit Physik und Werkstoffkunde an der Universität Luxemburg. Durch den praktischen Einsatz dieser Kenntnisse besteht die Möglichkeit, Energieflüsse genauer zu kontrollieren und damit Verschwendung zu vermeiden.
Eine solche Energieflusskontrolle ließe sich durch einen technologischen Regler realisieren, der in den Geräten den natürlichen Wärmefluss von heißen in kühlere Bereiche unterbindet. Diese Entdeckung stellt damit eine Ergänzung zum zweiten thermodynamischen Hauptsatz dar. Dieses theoretische Verständnis von der Regulierung von Energieflüssen erweckt den Maxwell-Dämon zum Leben, ein von James Clerk Maxwell im 19. Jahrhundert eingeführtes Gedankenexperiment. Maxwell stellte sich einen „Dämon” vor, der die Gesetze der Natur überwinden konnte, indem er kalten Molekülen ermöglichte, in heiße Bereiche zu fließen und so auch den natürlichen Wärmefluss revidierte.
Für seine arbeiten setzte das Team von Esposito mathematische Modelle ein. Die Forscher wollen die Erkenntnisse nun im Labor praktisch umsetzen, bevor eine eventuelle Entwicklung technologischer Anwendungen beginnen kann.
U. Lux. / OD
