Weltweit ringen Forscher um alternative Energiequellen. In Japan gelingt es, eine Thermozelle zu entwickeln, die aus Wärme elektrischen Strom werden lässt. Zunächst kann damit allerdings nur ein Rauchmelder betrieben werden.

Japanische Forscher haben eine neue Thermozelle entwickelt, die der Umgebung Wärme entzieht und diese in Strom verwandelt. In dem Gerät selbst entsteht durch die Energie aus seiner Erwärmung eine elektrische Spannung zwischen zwei dünnen Schichten aus leicht unterschiedlichen Materialien. Damit lässt sich ein elektrischer Strom erzeugen, der wie bei einer Batterie genutzt werden kann.

Anders als existierende thermoelektrische Zellen, die erst bei großen Temperaturunterschieden effizient arbeiten würden, lasse sich das neue Gerät bereits bei geringeren Temperaturunterschieden nahe der Zimmertemperatur einsetzen, berichten die Entwickler um Takayuki Shibata vom japanischen Institut für Technologie im Fachblatt "Applied Physics Express".

"Thermoelektrische Batterien wie unsere sind früher bereits vorgeschlagen worden, aber diese basierten auf Flüssigkeiten, was für Anwendungen in der Realität nicht praktikabel ist", erläutert Shibata in einer Mitteilung der ebenfalls beteiligten Universität Tsukuba. Statt Flüssigkeiten nutzten die Forscher nun zwei dünne Schichten aus Materialien, die eine ähnliche Struktur besitzen wie das Pigment Preußisch Blau.

Beide Schichten sind jeweils nur etwa einen Tausendstel Millimeter dünn. Ändert sich die Temperatur, ändert sich auch die Fähigkeit der beiden Schichten, Elektronen zu halten. Wenn dadurch die Zahl der Elektronen in einer Schicht größer wird als in der anderen, entsteht eine elektrische Spannung.

Spannung für einen Rauchmelder

Die Forscher erwärmten ihre Zelle im Labor von 22 Grad auf 50 Grad Celsius und kühlten sie wieder ab. Das Gerät verwandelte etwa ein Prozent der Wärmeenergie in elektrischen Strom. Theoretisch kann dieser Wirkungsgrad maximal 8,7 Prozent erreichen, die Entwickler sehen hier noch Optimierungsmöglichkeiten. Die Zelle produzierte bei der Entladung einen Strom von 2,9 Mikroampere. Das liegt knapp in der Größenordnung des Ruhestroms in einem Rauchmelder - allerdings müssten rund 300 Zellen von der Art des Labormusters zusammengeschaltet werden, um die nötige elektrische Spannung für einen Rauchmelder zu erzeugen.

Für eine bessere Effizienz müsste noch einiges an der Thermozelle optimiert werden, betont Ko-Autor Yutaka Morimoto von der Universität Tsukuba. "Am wichtigsten ist, dass wir gezeigt haben, dass thermoelektrische Batterien aus festen Materialien machbar sind", sagt er. "Unsere Beschichtungsmethode lässt sich auf große Flächen ausdehnen. Diese Technologie bietet realistische Aussichten auf eine Rückgewinnung von Wärmeenergie im großen Stil, was einer Vielfalt industrieller Branchen dabei helfen könnte, effizienter zu werden."