Ther­mo­elek­tri­sche Ge­ne­ra­to­ren-Tech­no­lo­gie

Entwicklungsschritte eines thermoelektrischen Moduls: Von den Ausgangselementen (rechts) über Pulvermaterial (Mitte hinten) und Halbzeugen (links) zum Modul (Mitte vorn)
Ent­wick­lungs­schrit­te ei­nes ther­mo­elek­tri­schen Mo­duls: Von den Aus­gangs­ele­men­ten (rechts) über Pul­ver­ma­te­ri­al (Mit­te hin­ten) und Halb­zeu­gen (links) zum Mo­dul (Mit­te vorn)
Bild 1/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Entwicklungsschritte eines thermoelektrischen Moduls: Von den Ausgangselementen (rechts) über Pulvermaterial (Mitte hinten) und Halbzeugen (links) zum Modul (Mitte vorn)

Im DLR-In­sti­tut für Werk­stoff-For­schung in Köln ent­wi­ckeln Wis­sen­schaft­ler TEG-Mo­du­le für ho­he An­wen­dung­stem­pe­ra­tu­ren. Die­se sol­len für die Nut­zung von Ab­wär­me in sta­tio­nären und mo­bi­len An­wen­dun­gen ein­ge­setzt wer­den.
Messanlage zur Bestimmung des Wirkungsgrades thermoelektrischer Module mit geöffnertem Rezipienten (rechts)
Mess­an­la­ge zur Be­stim­mung des Wir­kungs­gra­des ther­mo­elek­tri­scher Mo­du­le mit ge­öff­ner­tem Re­zi­pi­en­ten (rechts)
Bild 2/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Messanlage zur Bestimmung des Wirkungsgrades thermoelektrischer Module mit geöffnertem Rezipienten (rechts)

Im DLR-In­sti­tut für Werk­stoff-For­schung in Köln ent­wi­ckeln Wis­sen­schaft­ler TEG-Mo­du­le für ho­he An­wen­dung­stem­pe­ra­tu­ren. Die­se sol­len für die Nut­zung von Ab­wär­me in sta­tio­nären und mo­bi­len An­wen­dun­gen ein­ge­setzt wer­den.

Thermoelektrische Generatoren (TEG) sind in der Lage, Wärme direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Im DLR-Institut für Werkstoff-Forschung in Köln entwickeln Wissenschaftler TEG-Module für hohe Anwendungstemperaturen. Diese sollen für die Nutzung von Abwärme in stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt werden.

Verlustwärme wieder in Energie umwandeln

Die Großanlage TEG-Tech des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) deckt die gesamte Wertschöpfungskette zur Fertigung von Modulen für TEG ab: Elf Einzelanlagen stehen zur Herstellung, Verarbeitung und Charakterisierung von thermoelektrischen Materialien sowie zum Aufbau und zur Charakterisierung von TEG-Modulen zur Verfügung. Die Entwicklung thermoelektrischer Module – die aktiven Komponenten von TEG – für Anwendungstemperaturen bis zu 600 °C ist ein wesentliches Ziel der Abteilung Werkstoff Forschung - Thermoelektrische Materialien und Systeme.

Hierzu sind u.a. die Herstellung, Prozessierung und Beschichtung von hocheffizienten Halbleitermaterialien und deren elektrische und thermische Kontaktierung mit Metallen zu thermoelektrischen Baugruppen notwendig. Dabei spielt die Vermessung der Leistungsfähigkeit sowohl der Materialien als auch der Baugruppen eine wesentliche Rolle zur Bewertung der eingesetzten Technologien.

Mit der TEG-Tech können bekannte Materialien optimiert, neue Materialklassen synthetisiert und untersucht werden hinsichtlich ihrer temperaturabhängigen thermischen und elektrischen Eigenschaften. Diese Materialien können dann über geeignete Verfahren zur Aufbau- und Verbindungstechnologie zu Labordemonstratoren kombiniert und charakterisiert werden.

Das Clustering dieses Methodenspektrums in einem Institut ist in dieser Geschlossenheit der Wertschöpfungskette einzigartig in Europa. Die Abteilung Thermoelektrische Materialien und Systeme des Instituts für Werkstoff-Forschung entwickelt Materialien, Kontaktierungstechniken und Systemaspekte für TEG und Sensoren zum Einsatz bei mittleren und hohen Temperaturen (250 - 1000 °C) für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, in Fahrzeugen und Energieanlagen. Zielgröße der thermoelektrischen Materialentwicklung ist die thermoelektrische Effektivität.

Kontakt
  • Volker Speelmann
    Lei­tung Zen­tra­les In­ves­ti­ti­ons­ma­na­ge­ment
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Telefon: +49 2203 601-4103
    Fax: +49 2203 601-4115
    Linder Höhe
    51147 Köln
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  • Dr. rer. nat. Wolf Eckhard Müller

    In­sti­tut für Werk­stoff-For­schung, Ther­mo­elek­tri­sche Ma­te­ria­li­en und Sys­te­me
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