Thermoelektrik Standardisierung für hohe Temperaturen
Mit der Hightech-Strategie 2025 „Forschung und Innovation für die Menschen“ hat sich die Bundesregierung das Ziel gesetzt, die vielfältigen Anwendungspotentiale exzellenter Forschung noch schneller und effektiver zu identifizieren und für Wirtschaft und Gesellschaft nutzbar zu machen. Dafür muss die Brücke zwischen akademischer Forschung und ihrer wirtschaftlichen Verwertung bzw. gesellschaftlichen Anwendung weiter gestärkt werden. Die Fördermaßnahme "Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung - VIP+" setzt hier an und unterstützt Forscherinnen und Forscher dabei, Forschungsergebnisse systematisch zu validieren und Anwendungsbereiche zu erschließen.
Thermoelektrische (TE) Werkstoffe wandeln Wärme direkt in elektrische Energie um. Bisher liegt der Einsatzbereich kommerzieller Thermogeneratoren noch unterhalb von ca. 300 °C. Für die Entwicklung leistungsstarker TE Materialien für höhere Temperaturen spielen standardisierte Messverfahren zur Bestimmung thermoelektrischer Eigenschaften eine wichtige Rolle. Bislang fehlen Messverfahren sowie Referenzmaterialien zur rückführbaren Bestimmung aller relevanten thermoelektrischen Materialeigenschaften. So kann die TE Gütezahl, welche für den Wirkungsgrad der Energieumwandlung ausschlaggebend ist, noch nicht rückführbar bestimmt werden.
Ziel des Vorhabens TESt-HT ist die Validierung eines hochpräzisen Messverfahrens zur Standardisierung thermoelektrischer Referenzmaterialien. In Vorarbeiten wurde hierzu bereits ein Verfahren zur reproduzierbaren Herstellung von Referenzproben aus β-Eisendisilizid sowie ein Messsystem entwickelt, mit dem der Seebeck-Koeffizient von Materialien rückführbar bis zu einer Temperatur von 800 K bestimmt werden kann. Weiterhin bedarf es der Zertifizierung und rückführbaren Messung der elektrischen Leitfähigkeit, um die TE Gütezahl bestimmen zu können. Das Vorhaben soll die Entwicklung eines Referenzmaterials und die Optimierung eines Präzisions-Messverfahrens für den Seebeck-Koeffizienten und die elektrische Leitfähigkeit bis zu hohen Temperaturen (> 1000 K) umsetzen. Bei erfolgreichem Vorhabensabschluss können TE Materialien für den Einsatz in einem sehr breiten Temperaturbereich standardisiert und präzise vermessen werden. Dadurch wird die Nutzung von TE Materialien in vielen Anwendungsfeldern unterstützt. Sie könnten dann als Energiewandler z. B. im Automotive- und Luftfahrtbereich sowie in Anlagen der Stahl-, Glas- und Aluminiumproduktion eingesetzt werden. Zur Verwertung der Ergebnisse werden eine Lizenzierung sowie gezielte technische Weiterentwicklungen angestrebt. Das DLR übernimmt innerhalb des Projektverbundes die Arbeiten zur Prozessentwicklung und validierung, die Materialvalidierung sowie die Kostenanalyse.