Formgedächtnislegierung: Wärme wird ohne Strom in Kälte überführt
Ein Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie KIT(öffnet im neuen Fenster) und der Universität Tsukuba, Japan, nutzt Wärme, um Kälte zu erzeugen. Dafür kombiniert es sogenannte Formgedächtnislegierungen miteinander, die sich ergänzen.
Der Effekt, dass ein Kristallgitter durch gezielte Verformung und die anschließende Rückformung seiner Umgebung Wärme entzieht und diese dadurch kühlt, ist bereits bekannt. Es handelt sich um die elastokalorische Kühlung. Hier jedoch erlaubt die Zusammenfügung zweier Folien mit diesen Eigenschaften, die im Grunde gegeneinander arbeiten, den kompletten Verzicht auf weitere Bauteile oder zusätzliche Energiequellen wie etwa die Stromversorgung eines Aktors, der die mechanische Umformung übernehmen muss.
Der Prototyp, der in der Studie in Nature Energy(öffnet im neuen Fenster) beschrieben wird, senkte unter Laborbedingungen eine Wärme von 86 °C um 17 Kelvin ab. Auch bei höheren Temperaturen wurde bereits erfolgreich getestet.
Wärme wird schrittweise umgewandelt
Zum Einsatz kommen für das System zwei Nickel-Titan-Folien mit je einer Dicke von 22 Mikrometern. Die erste Folie nimmt die eintreffende Wärme auf und verformt sich dadurch. Die Wärme wird in mechanische Arbeit umgewandelt.
Diese mechanische Arbeit wirkt auf die zweite Folie, deren gezielte Umformung und anschließende Rückformung der Umgebung ebenfalls Wärme entzieht oder, salopp gesagt, Kälte erzeugt.
Weil die mechanische Arbeit nicht mehr extern erzeugt werden muss, etwa durch einen strombetriebenen Aktor, funktioniert das System rein nach dem elastokalorischen Prinzip. Die eintreffende Wärme wird in mehreren Schritten in mechanische Arbeit überführt und damit der Umgebung entzogen.
Nächster Schritt: Optimierung der Kühlung
Laut der Forschungsgruppe handelt es sich bei dem Prototyp aus der Studie lediglich um einen Nachweis der Machbarkeit. Im nächsten Schritt soll die Technik auf eine möglichst hohe Kühlleistung hin optimiert werden.
Denkbar sei das insbesondere durch die Kombination mehrerer Schichten der Formgedächtnislegierung, so die Forscher. Auf diese Weise könnten zum Beispiel für Computerchips kühlende Hüllen geschaffen werden, die allein durch die Abwärme des Chips selbst angetrieben werden. In Elektromotoren zum Beispiel ließe sich die Abwärme des Antriebsstrangs direkt zur Kühlung der Elektronik einsetzen.
So könnten Abwärme, aber auch Sonnenenergie unmittelbar zur Kühlung verwendet werden, ohne Strom, ohne Kältemittel und ohne thermodynamischen Kreisprozess.
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