Magnet-Booster für lautlosen Tiefkühlschrank
Magnet kann topologische Kristalle dazu bringen, Strom effizienter in Kälte zu „verwandeln“, so Forscherinnen aus Dresden und Chongqing
Dresden, 14. Januar 2025. Das Brummen eines alten Kühlschranks hat sicher schon jeden mal gestört, manchen gar um den Schlaf gebracht. Schuld sind da meist die Kompressoren für das Kühlaggregat, die bewegliche mechanische Teile enthalten, die irgendwann verschleißen und eben lärmen. Zwar gibt es mit der thermoelektrischen Kühlmethode, bei der Kälte direkt durch Strom „gewonnen“ wird, auch eine nahezu lautlose und extrem verschleißarme Alternative. Doch die arbeitet bisher nur wenig effektiv und lohnt sich nur bei ohnehin tiefen Temperaturen, etwa in der Raumfahrt oder im Kryolabor.
„Bedeutender Fortschritt in der Magneto-Thermoelektrik“
Ein sächsisch-chinesisches Physiker-Team hat nun aber einen Dreh gefunden, um die Effizienz der Strom-Wärme-Kühlungen deutlich zu erhöhen, indem sie spezielle Kristalle mit einem relativ schwachen Magnetfeld aufbessern. Dies sei „ein bedeutender Fortschritt in der Magneto-Thermoelektrik, die eine kostengünstige und energieeffiziente Alternative zu traditionellen Kühlmethoden sein kann, heißt es vom Dresdner Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe (MPI-CPfS), das gemeinsam mit der Uni Chongqing und dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik Halle die Forschungen voran getrieben hatte.
Ein-Kristalle aus Wismut und Antimon gezüchtet
Konkret haben die Dresdner Planck-Forscherin Claudia Felser und die chinesische Wissenschaftlerin Yu Pan zusammen mit weiteren Kollegen einen einzigen großen Kristall aus den Elementen Wismut und Antimon gezüchtet. Dieses topologische thermoelektrische Material haben sie dann einem Feld von 0,7 Tesla ausgesetzt, wie es auch für normale Magneten erreichbar ist. Dadurch konnten sie die Effizienz, mit der dieser Werkstoff Strom und Kälte „verwandelt“, stark erhöhen. „Kleiner“ Haken: Das Ganze funktioniert im Moment nur bei ohnehin bereits recht niedrigen Temperatur um die -93 Grad. Aber: Schon dieser Durchbruch könnte viele teure Helium-Kühlaggregate überflüssig machen, die bisher bei Tiefkühl-Vorgängen eingesetzt werden.
Wirtschaftliches Potenzial wäre besonders bei Raumtemperatur immens
Zudem können die Forscherinnen durch weitere Verbesserungen womöglich die Temperaturgrenze, ab der ihr Magnet-Booster funktioniert, in Zukunft noch nach oben treiben. Dies hätte – weiter gedacht – dann auch erhebliches wirtschaftliches Potenzial. Denn die Idee, ganze Industrieanlagen oder auch Automotoren mit thermoelektrischen Materialien zu beschichten, um bisher vergeudete Abwärme in nutzbare Energie zu verwandeln, gibt es schon lange. Könnte diese Ausbeute durch einen simplen Magnettrick und bezahlbare Beschichtungen gelöst werden, könnte das künftig ganz neue Perspektiven eröffnen – und irgendwann womöglich auch das lästige Brummen aus Kühlschränken ganz verbannen.
Autor: hw
Quellen: MPI-CPfS, Wikipedia, Oiger-Archiv
Wissenschaftliche Publikation:
„A weak magnetic field enhances the thermoelectric performance of topological materials“ von Yu Pan und Claudia Felser, in: Nat. Mater. 24, 20–21 (2025), Fundstelle im Internet: DOI
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