Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Ziel dieses Vorhabens ist es, thermoelektrische (TE) Module auf Basis von tellurfreien Zintl-Phasen-Materialien zu entwickeln, die im Vergleich zu kommerziellen Modulen auf Bi2Te3-Basis einen deutlich verbesserten Wärme-zu-Strom-Umwandlungswirkungsgrad (8–9 % gegenüber 3–6 %) im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 300 °C aufweisen werden. Darüber hinaus zielt THERMOS in der umgekehrten Anwendung eines thermoelektrischen Moduls auf eine wettbewerbsfähige thermoelektrische Kühlleistung mit Temperaturunterschieden von bis zu 60-70 K ab. Der moderate Preis, das große Vorkommen und die Ungiftigkeit der Elemente, aus denen die auf Mg basierenden Zintl-Phasen in THERMOS bestehen (n-Typ Mg3(Sb,Bi)2 und p-Typ MgAgSb), machen sie zu idealen Kandidaten für den Ersatz des giftigen und knappen Bi2Te3 und eröffnen neue Marktchancen bei der Verwendung nachhaltiger Materialien. Die gesamte Prozesskette in THERMOS verwendet skalierbare Verarbeitungstechniken von der Synthese von Nanopulvern durch Hochenergie-Kugelmahlen, Verdichten bis hin zur Montage von TE-Module. Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition - ALD) wird als innovative und skalierbare Technik zur Einstellung der Dotierung an den Grenzflächen der nanokörnigen thermoelektrischen Materialien eingesetzt und zielt auf die signifikante Senkung des elektrischen Widerstands und der Wärmeleitfähigkeit der Grenzfläche des kompaktierten TE-Materialien. Darüber hinaus wird ALD als Abscheidungstechnik für 3D-Objekte verwendet, um die thermoelektrischen Module vollständig zu verkapseln und sie robuster für den Betrieb bei höheren Temperaturen, in extremen Umgebungen und über einen längeren Zeitraum zu machen. THERMOS hat klare Ziele, die wissenschaftliche und technologische Aspekte für die Entwicklung von effizienteren TE-Modulen „Made in Europe“ für die Umwandlung von „(Ab-)Wärme in Elektrizität“ und die „On-Spot-Kühlung“ beinhalten. THERMOS Module sollen die derzeit dominierenden Bi2Te3-basierten Module ersetzen (95 % Marktanteil).
Weitere Partner im Projekt:
- Institut für Metallische Werkstoffe, Leibnitz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung e.V. (IFW)
- Asociación Centro De Investigación Cooperativa Nanociencias CIC (nanoGUNE)
- Faculty of Chemical Technology, Organic Materials Unit, University of Pardubice
- TEGnology ApS