Thermoelektrische Werkstoffe

VACOTHERM


VACOTHERM® ist ein thermoelektrisches Material, das zur direkten Umwandlung von Wärme in Strom verwendet wird.

Vorteile:

  • ZT-Werte ca. 0,9 bei 500 °C
  • Hf-freie intermetallische Verbindungen, kostengünstige, unproblematisch Rohstoffe mit sehr hoher Verfügbarkeit
  • Perfekte Abstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Hinblick auf niedrige thermische Spannungen
  • Hohe Temperaturbeständigkeit
  • Hohe mechanische Festigkeit
  • Hohe Oxidationsbeständigkeit
  • Skalierbarer Fertigungsprozess

Details

Direkte Umwandlung von Wärme in Strom in thermoelektrischen Generatoren (TEG), die eingesetzt werden für

  •     Abgasrückführung in Kraftfahrzeugen oder Schwerlastfahrzeugen
  •     Abwärmenutzung in industriellen Anwendungen
  •     Effizienzsteigerung in Blockheizkraftwerken
  •     autarke Energieversorgung 

 

VACOTHERM sind zwei unterschiedlich dotierte Hafnium (Hf-)freie halb-Heusler intermetallische Verbindungen.

VACOTHERM n und VACOTHERM p sind unsere n- und p-artigen halbleitenden thermoelektrischen Materialien.

Beide passen perfekt zusammen  

  •  in Bezug auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten
  •  beständig bei hohen Temperaturen
  •  am effizientesten über 300°C
  •  gekennzeichnet durch eine hohe mechanische Festigkeit 

Effiziente TE-Materialien benötigen:

  • hohen Seebeck-Koeffizient S
  • hohe elektrische Leitfähigkeit σ 
  • niedrige thermische Leitfähigkeit κ

Materialeigenschaften (typische Werte) bei Raumtemperatur

Legierung Seebeck-Koeffizient
S [µV/K]
Electrische Leitfähigkeit
σ  [S/cm]
Thermische Leitfähigkeit 
 κ  [W/(m·K)]

Dichte
ρ [g/cm3]

Wärmekapazität
Cp [J/(g ·K)]
VACOTHERM n -145 1.350 5,5 7,4 0,31
VACOTHERM p 110 3.500 7,2 8,1 0,29

Die thermoelektrische Stromerzeugung gewinnt heute im Rahmen der direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie an Bedeutung. Anwendungen sind die Abgasrückführung in Automobilen oder Schwerlastfahrzeugen, die Abwärmenutzung in der Industrie oder die Effizienzsteigerung in Blockheizkraftwerken. Das typische Funktionsprinzip eines thermoelektrischen Generators (TEG) ist nebenstehend dargestellt. Die Hauptvorteile dieser direkten Energieumwandlung liegen darin, dass keine mechanischen oder chemischen Prozesse und keine beweglichen Teile, Flüssigkeiten oder Gase benötigt werden. Die Geräte sind robust, kompakt und wartungsfrei.

Die neu entwickelten thermoelektrischen Werkstoffe VACOTHERM sind Hafnium (Hf-)-freie Halb-Heusler intermetallische Verbindungen. Es gibt zwei unterschiedlich dotierte Typen von VACOTHERM: VACOTHERM n und VACOTHERM p sind unsere halbleitenden thermoelektrischen Materialien vom n-Typ und p-Typ. Beide intermetallischen Verbindungen passen in Bezug auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten perfekt zusammen, sind bei hohen Temperaturen stabil, über 300°C am effizientesten und zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit aus.    

Der Wirkmechanismus der VACOTHERM-Materialien - wie sie in TEG verwendet werden - basiert auf dem Seebeck-Effekt: In einem Temperaturgradienten erzeugt das Material eine nutzbare elektrische Spannung.

Die Fähigkeit eines thermoelektrischen Materials, Wärme in Strom umzuwandeln, wird durch seine Leistungszahl ZT ausgedrückt.
Um hohe Gütezahlen TT-Werte zu realisieren, benötigt man die Kombination eines hohen Seebeck-Koeffizienten S mit hoher elektrischer Leitfähigkeit σ und einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit κ. Diese einzigartigen Eigenschaften konnten in unseren VACOTHERM-Werkstoffen realisiert werden.

Mit Gütezahlen ZT von etwa 0,9 bei 500 °C ist VACOTHERM eine für höhere Temperaturen massgeschneiderte Lösung mit optimaler Effizienz verglichen mit konventionellen Wismuth-Tellurid Lösungen, die bei diesen Temperaturen nicht mehr zum Einsatz kommen können.  

Lieferformen:

Standardlieferform:                              kleine Blöcke typischerweise 1-2 mm pro Dimension

Optionale Beschichtung der Kontaktflächen: Nickel oder Gold möglich
                                                                 andere Beschichtungen auf Anfrage möglich

Andere Formen und Formate:             kundenspezifische Geometrien auf Anfrage möglich

Direkte Umwandlung von Wärme in Strom in thermoelektrischen Generatoren (TEG), die eingesetzt werden für

  •     Abgasrückführung in Kraftfahrzeugen oder Schwerlastfahrzeugen
  •     Abwärmenutzung in industriellen Anwendungen
  •     Effizienzsteigerung in Blockheizkraftwerken
  •     autarke Energieversorgung 

 

VACOTHERM sind zwei unterschiedlich dotierte Hafnium (Hf-)freie halb-Heusler intermetallische Verbindungen.

VACOTHERM n und VACOTHERM p sind unsere n- und p-artigen halbleitenden thermoelektrischen Materialien.

Beide passen perfekt zusammen  

  •  in Bezug auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten
  •  beständig bei hohen Temperaturen
  •  am effizientesten über 300°C
  •  gekennzeichnet durch eine hohe mechanische Festigkeit 

Effiziente TE-Materialien benötigen:

  • hohen Seebeck-Koeffizient S
  • hohe elektrische Leitfähigkeit σ 
  • niedrige thermische Leitfähigkeit κ

Materialeigenschaften (typische Werte) bei Raumtemperatur

Legierung Seebeck-Koeffizient
S [µV/K]
Electrische Leitfähigkeit
σ  [S/cm]
Thermische Leitfähigkeit 
 κ  [W/(m·K)]

Dichte
ρ [g/cm3]

Wärmekapazität
Cp [J/(g ·K)]
VACOTHERM n -145 1.350 5,5 7,4 0,31
VACOTHERM p 110 3.500 7,2 8,1 0,29

Die thermoelektrische Stromerzeugung gewinnt heute im Rahmen der direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie an Bedeutung. Anwendungen sind die Abgasrückführung in Automobilen oder Schwerlastfahrzeugen, die Abwärmenutzung in der Industrie oder die Effizienzsteigerung in Blockheizkraftwerken. Das typische Funktionsprinzip eines thermoelektrischen Generators (TEG) ist nebenstehend dargestellt. Die Hauptvorteile dieser direkten Energieumwandlung liegen darin, dass keine mechanischen oder chemischen Prozesse und keine beweglichen Teile, Flüssigkeiten oder Gase benötigt werden. Die Geräte sind robust, kompakt und wartungsfrei.

Die neu entwickelten thermoelektrischen Werkstoffe VACOTHERM sind Hafnium (Hf-)-freie Halb-Heusler intermetallische Verbindungen. Es gibt zwei unterschiedlich dotierte Typen von VACOTHERM: VACOTHERM n und VACOTHERM p sind unsere halbleitenden thermoelektrischen Materialien vom n-Typ und p-Typ. Beide intermetallischen Verbindungen passen in Bezug auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten perfekt zusammen, sind bei hohen Temperaturen stabil, über 300°C am effizientesten und zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit aus.    

Der Wirkmechanismus der VACOTHERM-Materialien - wie sie in TEG verwendet werden - basiert auf dem Seebeck-Effekt: In einem Temperaturgradienten erzeugt das Material eine nutzbare elektrische Spannung.

Die Fähigkeit eines thermoelektrischen Materials, Wärme in Strom umzuwandeln, wird durch seine Leistungszahl ZT ausgedrückt.
Um hohe Gütezahlen TT-Werte zu realisieren, benötigt man die Kombination eines hohen Seebeck-Koeffizienten S mit hoher elektrischer Leitfähigkeit σ und einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit κ. Diese einzigartigen Eigenschaften konnten in unseren VACOTHERM-Werkstoffen realisiert werden.

Mit Gütezahlen ZT von etwa 0,9 bei 500 °C ist VACOTHERM eine für höhere Temperaturen massgeschneiderte Lösung mit optimaler Effizienz verglichen mit konventionellen Wismuth-Tellurid Lösungen, die bei diesen Temperaturen nicht mehr zum Einsatz kommen können.  

Lieferformen:

Standardlieferform:                              kleine Blöcke typischerweise 1-2 mm pro Dimension

Optionale Beschichtung der Kontaktflächen: Nickel oder Gold möglich
                                                                 andere Beschichtungen auf Anfrage möglich

Andere Formen und Formate:             kundenspezifische Geometrien auf Anfrage möglich

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