AiF-FV-Nummer 364 ZN

Entwicklung und Herstellung eines thermoelektrischen Generators aus nanokristallinem Silizium unter Berücksichtigung ökologischer Gesichtspunkte

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.08.2010 bis 31.07.2013

Forschungsstellen

  • Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e. V.
    Bliersheimer Str. 58 - 60, 47229 Duisburg
    http://www.iuta.de

  • Universität Duisburg-Essen Fakultät Ingenieurwissenschaften Nanostrukturtechnik
    Bismarckstr. 81, 47057 Duisburg
    http://www.uni-due.de/nst

  • Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt SLV Duisburg
    Bismarckstr. 85, 47057 Duisburg
    http://www.slv-duisburg.de

Zusammenfassung

Die Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren kann einen wichtigen Beitrag zur rationellen Energienutzung leisten. Potenzielle Anwendungsgebiete liegen beispielsweise in der Abwärmenutzung von Kraftwerken, der Nutzung von Abwärme von Elektro- und Verbrennungsmotoren im Automobilbereich und zur Energieversorgung von Sensoren in drahtlosen Netzwerken. Da entsprechende Module derzeit kommerziell nicht verfügbar sind, besteht der Bedarf, thermoelektrische Generatoren mit ökologisch und ökonomisch zu vereinbarenden Technologien herzustellen. In dem Vorhaben sollen Fertigungstechnologien entwickelt werden, um Thermogeneratoren für die Energie- und Umwelttechnik zur Verfügung stellen zu können. Auf der Basis von nanokristallinem Silizium kann die Energiekonversion kostengünstig und umweltfreundlich erfolgen, so dass dieses als Ausgangsmaterial identifiziert worden ist. Dieses Material stellt eine hoch interessante Alternative zu den existierenden Materialsystemen in thermoelektrischen Generatoren dar, die auf die Verwendung von toxischen oder nur begrenzt verfügbaren Ausgangsmaterialien wie Blei, Arsen, Tellur, etc. angewiesen sind. Ausgehend von der Synthese von p- und n- dotierten Silizium-Nanopartikeln aus der Gasphase im Technikumsmaßstab wird aus diesen Materialien mittels Stromsinterung dotiertes makroskopisches Material hergestellt und durch Formgebungsverfahren zu Quadern verarbeitet. Durch eine wechselnde Abfolge p- und n-dotierter Quader wird eine zweidimensionale Anordnung aufgebaut, so dass eine elektrische Serienschaltung bei gleichzeitiger thermischer Parallelschaltung realisiert werden kann. Mittels zu identifizierender elektrischer Verbindungstechnologien werden diese Quader seriell verschaltet und zwischen zwei Keramikplatten zu einem Generator eingefasst. Durch den Einsatz von Klebe- und Gussmassen werden die thermoelektrisch aktiven Bauteile hermetisch gegen Umwelteinflüsse geschützt.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente