Thermoelektrizität - Ausstellung

Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden - wohl aber in verschiedene Formen umgewandelt und gespeichert werden, zum Beispiel als mechanische, chemische, nukleare und elektrische Energie - vom Schwungrad über den Stausee zum Sprengstoff und der Batterie. Oft steht am Ende dieser Kette die Energieform ”Wärme” - die flüchtigste und am wenigsten verwertbare Art der Energiespeicherung. Sie wieder effizient in eine der vielseitigsten Formen der Energie, nämlich elektrische Energie, umzuwandeln, ist eine der grossen Herausforderungen im Hinblick auf das ”Energieproblem”.

Aber wie können wir aus Wärme direkt, ohne mechanische Teile, elektrische Energie gewinnen und das auch noch in technisch sinnvoller Art ausnutzen? Der thermoelektrische Effekt, seit dem 19. Jahrhundert bekannt, ist die direkteste Art, um eine solche Umwandlung von der ”wenig verwertbarsten” zur ”kostbarsten” Form der Energie zu schaffen.

Verbindet man einen Metalldraht mit einer Batterie, so fliesst ein elektrischer Strom, wie allgemein bekannt ist. Dass ein elektrischer Strom auch nur schon durch eine Temperaturdifferenz an den Drahtenden erzeugt werden kann, erscheint uns aber wohl eher sonderbar, ja kurios. An der Scientifica wird das Prinzip dieses Phänomens ”Thermoelektrizität” erklärt und kann auch vor Ort selbst mit einfachsten Mitteln getestet werden. Der Vergleich der Elektrizität mit Hilfe von Wärmekraftmaschinen (Stirling-Maschinen) zeigt Paralellen und Unterschiede auf und erlaubt auchdie Vorzüge der thermoelektrischen Materialien (Thermoelektrika) hervorzuheben. Beide können sowohl zur Erzeugung von Elektrizität wie auch zum Kühlen oder Würmen (Kühlschrank und Wärmepumpe) verwendet werden. Schon heute kommen Thermoelektrika an diversen Orten zum Einsatz. Um dieser Technologie aber zum breiten Durchbruch zu verhelfen, ist es notwendig deren Effizienz und Funktionsbereich zu erweitern.

Unsere Forschungsteams aus der ETH und der EMPA suchen nach neuen Materialien und Materialstrukturen, um den Thermoelektrischen Effekt optimieren zu können und neue Türen für eine weitere Anwendung zu öffnen. Dabei ist es wichtig das Verständnis der Physik und Chemie der Thermoelektrika zu vertiefen und in noch unerforschte Bereiche zu lenken. Besonderes Augenmerk gilt dabei künstlich nanostrukturierten Materialien, Metallen mit sehr stark wechselwirkenden Elektronen und eventuell sogar magnetischen Metallen.

Departement of Physics ETHZ
Prof. Bertram Batlogg und Kristin Willa (Labor für Festkörperphysik)
Prof. Manfred Sigrist und Barbara Theiler (Institut für Theoretische Physik)
Festkörperchemie und Katalyse EMPA
Prof. Anke Weidenkaff, Oliver Brunko und Sasha Populoh

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