Mehrfachnutzung von Wärmeenergie als tragende Säule zukünftiger Energieversorgung – Energy Harvesting
Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester
Der Niedrigtemperatur-Thermo-Harvester ist eine Technologie
zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in
elektrische Energie. Er verwendet eine Kunststoffoberfläche
mit extrem hohen Adsorptionsvermögen für Wärmeenergie
(Infrarot) – einen thermischen Akkumulator.
Thermischer Akkumulator
Dieser thermische Akkumulator besteht aus einer mit
halbleitenden Partikeln dotierten Polymermatrix. Er stellt
die Funktionen des thermischen Kopplers und thermischen
Leiters sicher.
Die praktische Umsetzung der thermischen Kopplung
erfolgt beispielsweise mit IR-absorbierenden Pigmenten
(n-/p-leitend) und/oder nanoskaligen Boriden und/oder
nanoskaligen kristallinen Werkstoffen, die als Phonenenspender
dienen.
Dies können z. B. modifizierte Titandioxid-Nanopartikel
sein, die ebenfalls als Phononenspender agieren und eine
Adsorption infraroter Strahlung im Wellenlängenbereich
von 800 nm bis 1500 nm ermöglichen.
Der thermische Leiter hat die Aufgabe, innerhalb der
Polymermatrix die Wärmeleitung sicherzustellen. Zu
diesem Zweck werden Carbon-Nanotubes (CNT) bzw.
Carbon-Nanofasern in die Polymermatrix eingearbeitet.
Die Wärmeleitfähigkeit der CNT ist mit 6000 W/(m•K)
doppelt so hoch wie die Wärmeleitfähigkeit des
Diamanten und sichert den stabilen Wärmefluss zum Thermogenerator. Die CNTs werden in einem
speziellen Dispergierverfahren in der Matrix stabilisiert. Mit der Erzeugung von Nanopartikeln aus Edel- und
Halbedelmetallen, wird die Wärmeübertragung deutlich
verstärkt, da diese Partikel in einen Schwingungszustand
versetzt werden können.
Thermischer Transmitter
Er besteht aus einer thermischer Barriere (mit geringer
Wärmeleitfähigkeit), in welche die Thermogeneratoren
eingebettet sind. Somit wird die thermische Energie
zwangsweise durch die Thermogeneratoren geführt
und dadurch in elektrische Energie umgewandelt.
Gleichzeitig stellt die Barriereschicht die Basis für die
elektrische Kontaktebene dar.
Der Thermogenerator besteht aus einem Halbleiterbauelement,
welches je nach Energieangebot matrixförmig
in die Barriereschicht eingebettet wird.
Thermischer Diffusor und Kältequelle
Der thermische Diffusor hat die Aufgabe, den
thermischen Fluss mit einem hohen Wirkungsgrad
sicherzustellen. Hierzu wird unmittelbar hinter dem
Thermogenerator eine Kältequelle angeordnet,
wodurch ein ständig gleichmäßig hoher Temperaturgradient
erzeugt wird.