Technologie

Mehrfachnutzung von Wärmeenergie als tragende Säule zukünftiger Energieversorgung – Energy Harvesting Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester

Der Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester ist eine Technologie zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie. Er verwendet eine Kunststoffoberfläche mit extrem hohen Adsorptionsvermögen für Wärmeenergie (Infrarot) – einen thermischen Akkumulator. Thermischer Akkumulator Dieser thermische Akkumulator besteht aus einer mit halbleitenden Partikeln dotierten Polymermatrix. Er stellt die Funktionen des thermischen Kopplers und thermischen Leiters sicher. Die praktische Umsetzung der thermischen Kopplung erfolgt beispielsweise mit IR-absorbierenden Pigmenten (n-/p-leitend) und/oder nanoskaligen Boriden und/oder nanoskaligen kristallinen Werkstoffen, die als Phonenenspender dienen. Dies können z. B. modifizierte Titandioxid-Nanopartikel sein, die ebenfalls als Phononenspender agieren und eine Adsorption infraroter Strahlung im Wellenlängenbereich von 800 nm bis 1500 nm ermöglichen. Der thermische Leiter hat die Aufgabe, innerhalb der Polymermatrix die Wärmeleitung sicherzustellen. Zu diesem Zweck werden Carbon-Nanotubes (CNT) bzw. Carbon-Nanofasern in die Polymermatrix eingearbeitet. Die Wärmeleitfähigkeit der CNT ist mit 6000 W/(m•K) doppelt so hoch wie die Wärmeleitfähigkeit des Diamanten und sichert den stabilen Wärmefluss zum Thermogenerator. Die CNTs werden in einem speziellen Dispergierverfahren in der Matrix stabilisiert. Mit der Erzeugung von Nanopartikeln aus Edel- und Halbedelmetallen, wird die Wärmeübertragung deutlich verstärkt, da diese Partikel in einen Schwingungszustand versetzt werden können. Thermischer Transmitter Er besteht aus einer thermischer Barriere (mit geringer Wärmeleitfähigkeit), in welche die Thermogeneratoren eingebettet sind. Somit wird die thermische Energie zwangsweise durch die Thermogeneratoren geführt und dadurch in elektrische Energie umgewandelt. Gleichzeitig stellt die Barriereschicht die Basis für die elektrische Kontaktebene dar. Der Thermogenerator besteht aus einem Halbleiterbauelement, welches je nach Energieangebot matrixförmig in die Barriereschicht eingebettet wird. Thermischer Diffusor und Kältequelle Der thermische Diffusor hat die Aufgabe, den thermischen Fluss mit einem hohen Wirkungsgrad sicherzustellen. Hierzu wird unmittelbar hinter dem Thermogenerator eine Kältequelle angeordnet, wodurch ein ständig gleichmäßig hoher Temperaturgradient erzeugt wird.