Thermopower-Wellen - neuer Ansatz zur Stromerzeugung

Hitzewellen in Kohlenstoffnanoröhren erzeugen Elektrizität

Forscher am MIT haben einen neuen Weg entdeckt, um Elektrizität zu erzeugen. Sie setzen dabei auf Thermowellen, die durch Kohlenstoffnanoröhren gejagt werden. Sie erzeugen in Bezug auf ihr Gewicht im Vergleich zu einem Lithium-Ionen-Akku ein Vielfaches an Elektrizität.

Das von den Forschern um Wonjoon Choi und Michael Strano entdeckte Phänomen könnte ein neues Gebiet in der Energieforschung eröffnen, meint der MIT-Professor Strano. Veröffentlicht wurden die Forschungsergebnisse am 7. März 2010 in der aktuellen Ausgabe des Magazins Nature Materials.

Die Forscher haben die verwendeten Kohlenstoffnanoröhren mit einem hoch reaktiven Brennstoff beschichtet, der bei der Zersetzung Wärme erzeugt. Dieser Brennstoff wurde an einem Ende der Nanoröhre mit einem Laser beziehungsweise einem Funken entzündet, was zu einer Thermalwelle führte, die sich schnell entlang der Nanoröhre ausbreitete.

Illustration einer Kohlenstoffnanoröhre

Die Welle setzte sich in der Kohlenstoffnanoröhre mehrere tausend Mal schneller fort als im eigentlichen Brennstoff. So breitete sich die Reaktion bei 3.000 Kelvin 10.000-mal schneller aus als bei dieser chemischen Reaktion üblich. Die dabei entstehende Hitze riss zudem Elektronen entlang der Röhre mit und erzeugte dadurch eine nennenswerte elektrische Ladung.

Nach einigen Anpassungen erzeugt das System nun in Bezug auf das eigene Gewicht etwa 100-mal mehr Elektrizität als ein Lithium-Ionen-Akku bei gleichem Gewicht. Dabei erzeugt das System mehr Strom als die Forscher zuvor berechnet hatten.

Noch sei es zu früh, um konkrete Aussagen über konkrete Anwendungsgebiete der neuen Technik zu machen, so Strano. Möglich aber sei, sehr kleine elektrische Geräte zu entwickeln, etwa mit der Größe eines Reiskorns. Diese könnten zur Behandlung oder Analyse direkt im menschlichen Körper eingesetzt werden. Denkbar seien auch Umweltsensoren, die wie Staub in der Luft verteilt werden.

Ein großer Vorteil des Ansatzes besteht darin, dass die Kohlenstoffnanoröhren ihre Energie unendlich behalten, während Akkus mit der Zeit an Ladung verlieren. Zudem sollen sich die so geladenen Kohlenstoffnanoröhren auch in größeren Mengen zusammenschließen lassen, um ausreichend Strom zum Betrieb großer Geräte zu liefern.

Noch ist das System recht ineffizient, da ein großer Teil der Energie in Form von Hitze und Licht abgegeben wird. Daher geht es den Forschern nun in erster Linie darum, die Effizienz der Technik zu verbessern.