Diamant kühlt Akkus und CPUs zehnmal besser - als hauchdünne Schicht
Wo Strom fließt, gibt es Widerstand. Schlussendlich handelt es sich dabei um Reibung, wenn auch auf atomarer Ebene. Und so entsteht Wärme genau wie überall anders, wo Reibung stattfindet.
Kritisch wird diese Wärmeentwicklung dort, wo entweder auf kleinstem Raum vergleichsweise viel Strom nötig ist oder mit hohen Stromstärken gearbeitet wird. Also beispielsweise in Prozessoren für Smartphone und Notebook oder leistungsstarken Batterien für E-Autos.
Problematisch ist hier nicht nur, dass der Platz für aufwendige Kühlsysteme gar nicht vorhanden ist. Vielmehr muss stets eine isolierende Schicht aufgebracht werden, denn in der Regel kühlen Kunststoffe und andere nicht leitende Materialien ausgesprochen schlecht. Stattdessen isolieren sie halt.
Während der Wert der Wärmeleitfähigkeit bei beliebten Metallen zur Wärmeabfuhr wie Aluminium oder Kupfer im Bereich um 300 Watt pro Meter und Kelvin liegt (Silber schafft sogar 400, ist dann aber doch zu kostspielig), erreichen Kunststoffe Werte unterhalb von 1.
Ganz anders Diamanten: Deren extrem festes, dreidimensionales Gitter aus Kohlenstoffatomen übertrifft selbst Silber um ein Vielfaches, kann knapp 2.300 Watt pro Meter und Kelvin ableiten. Und Strom fließt hier keiner, da das Gitter zwar Metallen ähnelt, aber die notwendigen Elektronen für die Leitfähigkeit fehlen.
Nur leider ist das Material nicht unbedingt preiswert und leicht zu verarbeiten ist es ebenfalls nicht. Oder war es bisher nicht. Am Fraunhofer-Forschungszentrum in Michigan, USA, konnten winzige und hauchdünnen Platten aus Diamant gezüchtet werden.
Dafür setzen die Forschenden Silizium-Wafer ein, welche aus der Chipherstellung bekannt sind. Auf diesen wird eine Membran aus Diamant gezüchtet. Nur Mikrometer dick und wenige Zentimeter groß, können sie die isolierende Schicht in Chip, in Akkus und Leistungselektronik wie Wechselrichtern ersetzen.
Dadurch steigt die Wärmeabfuhr genau dort, wo sie auch entsteht, um den Faktor 10.000, was zu bemerkenswerten Ergebnissen führt. Insgesamt wird die Leistung der gesamten Kühlung verzehnfacht. Das Aufladen eines Akkus kann zudem fünfmal schneller erfolgen.
Weiterhin sorgt die schnelle Wärmeableitung für niedrigere Temperaturen in empfindlicher Elektronik. Das hat positive Auswirkungen auf die Lebensdauer und die Energieeffizienz, die mit höheren Temperaturen abnimmt.
Günstig ist eine solche Platte aus Diamant zwar nicht. Es werden jedoch stets nur kleine Mengen benötigt, die unmittelbar an den entscheidenden Stellen in passender Größe angebracht werden. Und der Vorrat an Kohlenstoff für die Diamanten ist schier unbegrenzt.
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