Ein Überblick über thermoelektrische Generatoren: Fortschritte und Anwendungen

Ein thermoelektrischer Effekt ist ein physikalisches Phänomen, das aus der direkten Umwandlung von Wärme in elektrische Energie (Seebeck-Effekt) oder umgekehrt aus elektrischem Strom in Wärme (Peltier-Effekt) besteht, ohne bewegliche mechanische Teile. Die niedrige Effizienz thermoelektrischer Geräte hat ihre Anwendungen auf bestimmte Bereiche wie Kühlung, Wärmegewinnung, Energieerzeugung und erneuerbare Energie beschränkt. Für spezielle Anwendungen wie Raumsonden, Laborausrüstung und medizinische Anwendungen, bei denen Kosten und Effizienz nicht so wichtig sind wie Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Vorhersehbarkeit, bietet die Thermoelektrizität jedoch bemerkenswertes Potenzial. Die Herausforderung, die Thermoelektrizität zu einem zukünftigen Vorreiter bei der Abwärmerückgewinnung und erneuerbaren Energie zu machen, wird durch die Integration von Nanotechnologie verstärkt. In dieser Übersicht werden moderne thermoelektrische Generatoren, Anwendungen und aktuelle Fortschritte vorgestellt. Grundlegendes Wissen über den thermoelektrischen Effekt, grundlegende Gesetze und Parameter, die die Effizienz herkömmlicher und neuer thermoelektrischer Materialien beeinflussen, werden erörtert. Die Anwendungen der Thermoelektrizität werden in drei Hauptbereiche gegliedert. Die erste Gruppe befasst sich mit der Nutzung von Wärme, die von einem radioisotopen Wasserstoffemitter abgegeben wird, um elektrische Energie für verschiedene Geräte bereitzustellen. In dieser Gruppe war die Raumforschung die einzige Anwendung, bei der die Thermoelektrizität erfolgreich war. In der zweiten Gruppe könnte eine natürliche Wärmequelle nützlich sein, um elektrische Energie zu erzeugen, aber da die Thermoelektrizität aufgrund der geringen Umwandlungsrate noch in einer Anfangsphase ist, befinden sich die Anwendungen noch auf Laborebene. Die dritte Gruppe entwickelt sich schnell, hauptsächlich weil die Untersuchungen von Regierungen und/oder Automobilherstellern finanziert werden, mit dem endgültigen Ziel, den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu reduzieren und letztendlich die Auswirkungen der Treibhausgasemissionen zu mildern.