Elektrokalorischer Effekt

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Der elektrokalorische Effekt beschreibt die Eigenschaft bestimmter elektrokalorischer Materialien, auf Änderung der elektrischen Feldstärke im Material durch Abkühlung oder Erwärmung zu reagieren. Die Ursache ist nicht im Detail bekannt. Vermutlich ändert sich die Kristallstruktur: indem polare Moleküle sich in Feldrichtung ordnen und das Material erwärmen bzw. beim Abschalten des Feldes in den ungeordneten Zustand zurückfallen (Entropie-Zunahme) und das Material abkühlen.[1]

Die Umkehrung des Effekts, d. h. die Erzeugung einer Spannungsänderung durch Änderung der Temperatur, ist der in der Sensorik wichtige pyroelektrische Effekt.

Die Besonderheit beim elektrokalorischen Effekt ist, dass - im Gegensatz zum Peltier-Effekt - eine Kühlung ohne Stromfluss möglich ist.

Der Effekt ist seit den 1950er Jahren bekannt und konnte seitdem in der Forschung erheblich verbessert werden. Eine technische Umsetzung scheiterte lange Zeit an den geringen, erzielbaren Effektstärken. Ähnlich dem Peltier-Effekt könnte eine technologische Anwendung im lautlosen Kühlen elektronischer Bauteile oder in portablen Kleinanwendungen liegen.

Elektrokalorische Materialien sind z. B. Metalloxidverbindungen wie Blei-Zirkonat-Titanat (PbZr0.95Ti0.05O3, kurz: „PZT“). Im Temperaturoptimum bei 220 °C konnte damit 2006 ein Kühleffekt von 12 °C erzielt werden – dieser sinkt jedoch bei 100 °C auf nur noch 2 °C.[2]

2017 gelang es an der University of California, mit einer 5 mm starken, auf einer Polymer-Sandwich-Struktur und Kohlenstoffnanoröhren basierenden Konstruktion, im Laborversuch einen rund 50 °C heißen Smartphone-Akku in wenigen Sekunden um 8 °C zu kühlen.[1]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b Peter Fairley: A Solid-State Fridge in Your Pocket. In: IEEE Spectrum. 14. September 2017, abgerufen am 21. September 2017 (englisch).
  2. Andreas Stiller: Mögliche neue Kühltechnik für Chips. In: heise.de. 3. März 2006, abgerufen am 21. September 2017.