Nanobeschichtung auf Graphenbasis zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie
Forschende fanden heraus, dass die Verwendung von hochleitfähigen Graphenschichten zur thermoelektrischen Energieerfassung ein vielversprechender Ansatz ist, um Wärme in elektrische Energie umzuwandeln und dabei neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie die Leitfähigkeit in Graphen-basierten Nanomaterialien am besten genutzt werden kann.
Forschende der Gruppe Materialphysik an der Universität Sussex veröffentlichen ihre Arbeit zur thermoelektrischen Abscheidung unter Verwendung hochleitfähiger Graphenschichten, die diese Barrieren beseitigen und eine kostengünstige, nachhaltige Technologie zur Wärmeabscheidung und -umwandlung bieten könnte. Außerdem zeigen sie neue Erkenntnisse darüber, wie die Leitfähigkeit von Nanomaterialien auf Graphenbasis am besten genutzt werden kann.
Die Gruppe hat eine druckbare Beschichtung auf Graphenbasis entwickelt, um die Thermoelektrik zu nutzen und die Rückgewinnung von Abwärme in elektrische Energie zu ermöglichen. Die Beschichtung wird in Form eines Patches oder Pads gedruckt, das dann auf die Heizfläche aufgebracht werden kann. Wenn die Umgebung kühler ist, bewegen sich die Elektronen von der Wärmequelle weg in die Kälte und erzeugen elektrische Aktivität, die durch die Nanoblätter geleitet wird. Dieses thermoelektrische Transportsystem könnte an eine externe Stromquelle angeschlossen werden, um eine Batterie aufzuladen, oder es könnte ein anderes Gerät direkt mit Strom versorgen.
Die Studie führte die Gruppe zu dem Schluss, dass dicht gepackte Schichten von Nanoblättern zwar einen besseren elektrischen Transport erwarten ließen, dass aber weniger Schichten trotz der größeren Anzahl von Verbindungen zwischen den Nanoblättern besser funktionierten. „Die Ergebnisse waren überraschend. Es ist das erste Mal, dass wir Netzwerke von Nanomaterialien speziell unter dem Gesichtspunkt untersucht haben, wie ihre Struktur und ihre Eigenschaften die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen“, so Keiran Clifford, Doktorand der Gruppe und Erstautor der Studie. „Graphen ist bekanntlich sehr leitfähig, aber die Idee, dass Filme aus vielen kleinen Nanoblättern mit vielen Verbindungsstellen effizienter sind als dickere, mehrschichtige Systeme, ist neu und öffnet die Tür zu vielen Anwendungen“, fügt Clifford hinzu.
Veranstaltungstipp: Funktionelle Beschichtungen
Beschichtungen sollen inzwischen nicht mehr nur gut aussehen und vor Korrosion schützen. So gut und wichtig beide Eigenschaften sind, viele Kund:innen wollen mehr. Viele dieser Anforderungen lassen sich mit dem Begriff „Funktionale Beschichtungen“ beschreiben. Beliebte Schlagwörter, die hier oft fallen, sind anti-Eis, anti-Graffiti, Selbstheilung oder die oft genannte Haifischhaut. Manche dieser Eigenschaften sind inzwischen gut erforscht und am Markt etabliert, andere haben noch praktische Hürden zu überwinden. Welche funktionellen Beschichtungen zu welcher dieser Kategorien gehören, vermittelt Ihnen das FARBE UND LACK // Seminar „Funktionelle Beschichtungen“ am 26.11.2024 in Essen. Es bleibt kein Geheimnis, welche Mechanismen hinter den verschiedenen modernen Funktionalitäten stecken und welche Rolle die Nanotechnologie spielt. Wenn Sie Ihren Kund:innen Beschichtungen mit dem gewissen Extra liefern wollen, sollten Sie dieses Seminar besuchen.
Thermoelektrische Materialien, die Wärme in elektrische Energie umwandeln können, gibt es bereits, aber sie werden in der Regel aus teuren synthetischen Kristallen hergestellt, die sich nur schwer in unterschiedliche Strukturen integrieren lassen. „Potenziell haben wir eine einfache und hocheffiziente Möglichkeit, die thermoelektrische Erfassung in Fahrzeugen, Geräten, Häusern und sogar Menschen zu optimieren! Uns sind derzeit keine anderen kommerziell nutzbaren, skalierbaren Wärmeeinfangbeschichtungen bekannt, die für eine direkte Beschichtung oder als flexible Schicht gedruckt werden können“, so Sean Ogilvie, Forschungsstipendiat bei Materials Physics und korrespondierender Autor der Arbeit.
Die Arbeit an den Tinten und Beschichtungen schreitet voran, und die Gruppe hat eine Produktion im Pilotmaßstab demonstriert, bei der eine Probe mit einer Wärmequelle und einer induzierten Spannung in Kontakt gebracht wird, aber es besteht noch erheblicher Entwicklungsbedarf, um die Beschichtungen in die verschiedenen Arten von Patches, Pads oder Platten zu integrieren, die für die Verwendung mit Geräten geeignet sind.
Wenn Sie an weiteren Informationen über die Forschung interessiert sind: sie wurde in Carbon veröffentlicht.