Nanomaterialien wandeln Wärme in Strom
Unterdrückung der langwelligen Emission steigert Effizienz der thermophotovoltaischen Energieumwandlung.
Wärme direkt in Strahlung und danach mit hoher Effizienz in elektrische Energie umwandeln – das kann ein von Forschern der TU Hamburg-
Abb.: Links: Aufbau des geschichteten optischen Nanomaterials aus nur zwanzig Nanometer dicken Lagen des hochtemperaturbeständigen Wolframs und hundert Nanometer dicken Lagen aus ebenfalls hochtemperaturfestem Hafniumdioxid. Rechts: Die elektronenmikroskopische Aufnahme des optischen Nanomaterials zeigt die sehr hohe Präzision, mit der die Einzellagen erzeugt wurden. (Bild: TUHH)
Die Wissenschaftler haben Nanoschichten aus den hochtemperaturfesten Materialien Wolfram und Hafniumdioxid kombiniert und daraus ein optisches Metamaterial aufgebaut. Dieses Nanomaterial unterdrückt die Aussendung unerwünschter langwelliger Wärmestrahlung bei tausend Grad Celsius und lässt nur die Emission der technisch verwertbaren Wärmestrahlung zu.
Durch die Unterdrückung der langwelligen Emission lässt sich die Effizienz von thermophotovoltaischen Energiewandlern deutlich erhöhen, mit denen die in industriellen Prozessen anfallende Abwärme oder auch Wärme aus Sonnenstrahlung direkt in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Das Forscherteam konnte weltweit erstmals den Nachweis erbringen, dass eine solche selektive Emission mit Metamaterialien bei tausend Grad Celsius möglich ist. Die Temperaturbeständigkeit des optischen Metamaterials stellt einen neuen Rekord auf.
TUHH / RK
