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Thermoelektrische Referenzmaterialien für Seebeck-Koeffizienten

27.11.2013

Thermoelektrische Materialien wandeln Wärmeenergie direkt in elektrische Energie und umgekehrt elektrische Energie in Wärmeenergie um. Die Effektivität der Energieumwandlung hängt von den Transporteigenschaften der Materialien ab, dem Seebeck-Koeffizienten S und der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit σ und κ, die in der thermoelektrischen Gütezahl (Figure of Merit) ZT = S2σT/κ zusammengefasst sind ...

Abb. 1: Heizmanschette für die temperaturabhängige Messung von Seebeck-Koeffizienten

Thermoelektrische Materialien wandeln Wärmeenergie direkt in elektrische Energie und umgekehrt elektrische Energie in Wärmeenergie um. Die Effektivität der Energieumwandlung hängt von den Transporteigenschaften der Materialien ab, dem Seebeck-Koeffizienten S und der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit σ und κ, die in der thermoelektrischen Gütezahl (Figure of Merit) ZT = S2σT/κ zusammengefasst sind (T: absolute Temperatur). Die genaue Bestimmung von ZT ist die Voraussetzung für eine Bewertung und den Vergleich neuentwickelter thermoelektrischer Materialien. Dazu sind auf SI-Einheiten rückführbare Messungen der Transporteigenschaften unverzichtbar. Mit einem in der PTB installierten Messsystem lassen sich Seebeck-Koeffizienten und elektrische Leitfähigkeiten thermoelektrischer Bulk-Materialien und dünner Schichten mit geringen Unsicherheiten messen.

Der Seebeck-Koeffizient ist ein temperaturabhängiger Materialparameter, der den durch einen Temperaturgradienten über einer Probe verursachten Spannungsabfall beschreibt und der maßgeblich den ZT-Wert thermoelektrischer Materialien bestimmt. Im Rahmen des EMRP-Projektes „Metrology for Energy Harvesting“ wurden in der PTB und weltweit erstmals Referenzmaterialien für Seebeck-Koeffizienten im höheren Temperaturbereich zwischen 300 K und 850 K metrologisch untersucht und charakterisiert. Dieser Temperaturbereich ist z.B. für Anwendungen im Automobil-Bereich wichtig. Die erzielten Messunsicherheiten der Seebeck-Koeffizienten der zwei Referenzmaterialien, ISOTAN® und Bismut dotiertes Bleitellurid, liegen zwischen 2,5 % und 8 % abhängig vom Material und der Temperatur. Beide zertifizierten Materialien können von der PTB bezogen werden.

Opens external link in new windowE. Lenz, F. Edler, P. Ziolkowski: Int. J. Thermophys. 34, 1975 (2013)

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