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 

 

  • Adiabatische Temperaturänderung von 2 - 4 K @ 1,5 T Magnetfeldänderung
  • Entropieänderung von 5 - 20 J/kgK @ 1,5 T Magnetfeldänderung
  • Magnetokalorische Legierungen mit einem Temperaturbereich von 100 - 350 K, die ihren Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen ermöglichen
  • Wärmeleitfähigkeit von ca. 8 W/mK

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.

The ability of a thermoelectric material to convert heat into electricity is expressed by its figure of merit ZT. 


In order to realize high ZT-values, the combination of a high Seebeck coefficient S with high electric conductivity σ and low thermal conductivity κ is necessary. This unique set of properties could be realized in our VACOTHERM materials.

With ZT-values of 0,9 @ 500 °C VACOTHERM is tailored for optimum efficiency at higher temperatures, where conventional Bismuth-Telluride thermoelectric materials fail. This makes them ideal candidates for many waste heat recovery applications.

Typical material properties such as Seebeck-coefficient, electric conductivity and thermal conductivity of VACOTHERM n and VACOTHERM p are shown.

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 

 

  • Adiabatische Temperaturänderung von 2 - 4 K @ 1,5 T Magnetfeldänderung
  • Entropieänderung von 5 - 20 J/kgK @ 1,5 T Magnetfeldänderung
  • Magnetokalorische Legierungen mit einem Temperaturbereich von 100 - 350 K, die ihren Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen ermöglichen
  • Wärmeleitfähigkeit von ca. 8 W/mK

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.

The ability of a thermoelectric material to convert heat into electricity is expressed by its figure of merit ZT. 


In order to realize high ZT-values, the combination of a high Seebeck coefficient S with high electric conductivity σ and low thermal conductivity κ is necessary. This unique set of properties could be realized in our VACOTHERM materials.

With ZT-values of 0,9 @ 500 °C VACOTHERM is tailored for optimum efficiency at higher temperatures, where conventional Bismuth-Telluride thermoelectric materials fail. This makes them ideal candidates for many waste heat recovery applications.

Typical material properties such as Seebeck-coefficient, electric conductivity and thermal conductivity of VACOTHERM n and VACOTHERM p are shown.

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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