Japanischen Forscher:innen ist es gelungen, einen Prototyp eines neuen organischen thermoelektrischen Geräts zu entwickeln, das Energie aus Umgebungstemperaturen gewinnen kann. Thermoelektrische Geräte sind zwar nicht neu, unterliegen aber vielen Herausforderungen, die bislang ihr Potenzial einschränken.

Der typische thermoelektrische Generator wandelt Wärme nur solange in Elektrizität um, wie es ein Temperaturgefälle gibt. Dabei wird eine Seite des Geräts heiß und die andere Seite kalt. Aufgrund ihres potenziellen Nutzens bei der Nutzung von Abwärme aus anderen Energieerzeugungsmethoden stellen diese Generatoren einen Forschungsschwerpunkt dar.

Wer glaubt, noch nie von thermoelektrischen Generatoren gehört zu haben, irrt. Die bekanntesten dürften Raumsonden wie der Mars-Rover Curiosity oder die Voyager-Sonde sein. Beide werden von thermoelektrischen Radioisotopengeneratoren angetrieben.

Allerdings eignen sich diese Generatoren eher für den Weltraum, denn für den Hausgebrauch, weil sie nicht nur teuer und wenig energieeffizient sind, sondern vor allem, weil sie mit radioaktiven Materialien arbeiten. Außerdem werden auf der einen Seite des Generators hohe Temperaturen benötigt. So haben sich thermoelektrische Geräte bis heute nur unzureichend durchsetzen können.

Professor Chihaya Adachi vom Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) der japanischen Kyushu-Universität in Fukuoka hat daher mit seinem Team nach Möglichkeiten gesucht, Energie ohne weitere Umstände aus der Raumluft zu ziehen. Und das ist ihnen gelungen.

Der Schlüssel lag offenbar in Verbindungen, die die Elektronen leicht untereinander übertragen können. Nach verschiedenen Tests fand das Team die Verbindungen Kupferphthalocyanin (CuPc) und Kupferhexadecafluorphthalocyanin (F16CuPc).

Das damit entwickelte Gerät kam ganz ohne Temperaturgefälle aus und brauchte dementsprechend auch keine aufwendige Kühlung. Dadurch wurde es sehr kompakt.

„Es gab erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung thermoelektrischer Geräte, und unser neues vorgeschlagenes organisches Gerät wird sicherlich dazu beitragen, die Dinge voranzutreiben“, erläutert Adachi und ergänzt: „Wir möchten weiter an diesem neuen Gerät arbeiten und sehen, ob wir es mit verschiedenen Materialien weiter optimieren können. Wir können wahrscheinlich sogar eine höhere Stromdichte erreichen, wenn wir die Fläche des Geräts vergrößern, was selbst für organische Materialien ungewöhnlich ist. Das zeigt nur, dass organische Materialien ein erstaunliches Potenzial haben.“

Die Ergebnisse ihrer Studie haben die Forscher.innen in Nature Communications veröffentlicht.