Was sind Thermozellen?
Im einfachsten Fall wandeln Thermozellen Wärme in Elektrizität um. Es gibt viele Möglichkeiten, Wärme in Elektrizität umzuwandeln, die derzeit verwendet werden, wie dies beispielsweise bei Kernkraftwerken der Fall ist. Thermozellen können von den derzeit verwendeten Geräten dadurch unterschieden werden, wie die Umwandlung von einer Energieform in eine andere abgeschlossen ist. Eine Thermozelle besteht aus einer Anode und einer Kathode, die beide Elektroden sind. Elektroden sind Materialien, die Elektrizität leiten können.
Die Umwandlung von Wärme in Elektrizität während des Elektronenflusses in einer Thermozelle hängt von einem Phänomen ab, das im 19. Jahrhundert von einem preußischen Wissenschaftler namens Thomas Johann Seebeck entdeckt wurde. Er beobachtete, dass Stromkreise, die aus zwei unterschiedlichen metallischen Leitern bestehen, Elektrizität leiten, wenn die entsprechenden Bereiche, in denen sich die Leiter berühren, auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Wenn einer der beiden Leiter mit Wärme beaufschlagt wird, fließen die erwärmten Elektronen in Richtung des kühleren. Dies erzeugt eine kleine, jedoch messbare Spannungsmenge. Obwohl Seebeck fälschlicherweise davon ausging, dass der beobachtete Effekt ein magnetischer war, stellten die Wissenschaftler später fest, dass es sich um einen elektrischen handelt.
Die Art der Reaktion, die in einer Thermozelle stattfindet, wird auch als Redox- oder Oxidations- und Reduktionsreaktion bezeichnet. Diese Art der chemischen Reaktion ist durch den Verlust bzw. Gewinn eines oder mehrerer Elektronen durch ein Atom oder Molekül gekennzeichnet. Bei Thermozellen erzeugt der Elektronenfluss vom Heizleiter zum Kühlerleiter den elektrischen Strom, oder der Heizleiter verliert Elektronen an den Kühler.
Gewöhnliche Zellenbatterien erzeugen auch elektrische Energie unter Verwendung von Redoxreaktionen. Sulfate von zwei verschiedenen Metallen wie Kupfer und Zink werden in Kontakt gebracht, so dass durch die chemische Reaktion Elektronen von einem Kontaktpunkt zum anderen fließen. Der erzeugte elektrische Strom fließt in entgegengesetzter Richtung zu den Elektronen. Gegenwärtig erzeugt diese Reaktion viel effizienter elektrische Energie als eine Thermozelle.
Trotz heutiger Ineffizienzen wird viel über die möglichen Verwendungen von Thermozellen geforscht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei vielen anderen Formen der Energieerzeugung immer noch große Mengen an Abwärme anfallen. Eine Thermozelle ist eines der wenigen Geräte, die elektrische Energie aus Wärme erzeugen. Eines der Ziele ist daher, dass Thermozellen verwendet werden können, um Abwärme zurückzugewinnen und in nutzbare Mengen elektrischer Energie umzuwandeln.