Ein internationales Forschungskonsortium hat magnetisches K\u00fchlmaterial so weiterentwickelt, dass Effizienz und Best\u00e4ndigkeit deutlich verbessert werden. Durch gezielte chemische Modifikation lassen sich irreversible Energieverluste reduzieren und die reversible adiabatische Temperatur\u00e4nderung signifikant steigern.<\/p>\n
![\"Schematische](\"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-content\/uploads\/2026\/03\/Kuehlmaterialien-TU-Darmstadt.png\")
Schematische Darstellung des in dieser Studie entwickelten magnetokalorischen Materials. Ohne angelegtes Magnetfeld (rechts) sind die Spins (wei\u00dfe Pfeile) der Gd-Atome (blau\/gr\u00fcn), die durch Ge-Atome (braun) verbunden sind, nicht ausgerichtet. Bei Anlegen eines Magnetfelds (links), richten sich die Spins aus, was zu einem Temperaturanstieg f\u00fchrt. | Bild: Adobe Stock \/ Thaspol<\/p>\n
Die Ergebnisse adressieren ein zentrales Problem magnetischer K\u00fchlmaterialien, bei denen hohe K\u00fchlleistung bislang h\u00e4ufig mit Leistungsabnahme durch Hysterese einherging. Das optimierte K\u00fchlmaterial erreicht eine mehr als verdoppelte reversible Temperatur\u00e4nderung und arbeitet effizient bei extrem tiefen Temperaturen, was Perspektiven f\u00fcr nachhaltige K\u00fchl- und Gasverfl\u00fcssigungstechnologien er\u00f6ffnet.<\/p>\n
Magnetische K\u00fchlung und bisherige Grenzen des K\u00fchlmaterials<\/p>\n
Konventionelle Klimaanlagen und K\u00fchlschr\u00e4nke basieren auf dem Dampfkompressionszyklus und nutzen K\u00e4ltemittel, die erheblich zur globalen Erw\u00e4rmung beitragen. Die magnetische K\u00fchlung stellt eine Alternative dar, da sie auf dem magnetokalorischen Effekt beruht, bei dem bestimmte Materialien ihre Temperatur ver\u00e4ndern, sobald sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Ein leistungsf\u00e4higes magnetisches K\u00fchlmaterial kann diesen Effekt nutzen, ohne auf klimasch\u00e4dliche K\u00e4ltemittel angewiesen zu sein.<\/p>\n
In der bisherigen Entwicklung zeigte sich jedoch ein grundlegendes Dilemma. K\u00fchlmaterial mit hoher K\u00fchlleistung war h\u00e4ufig mit irreversiblen Energieverlusten verbunden, die als Hysterese bezeichnet werden und unter Betriebsbedingungen zu einer raschen Leistungsabnahme f\u00fchren. Demgegen\u00fcber erreichten langlebigere Materialien nicht die f\u00fcr praktische Anwendungen erforderliche hohe K\u00fchlleistung. Dieses Spannungsfeld begrenzte die Einsatzm\u00f6glichkeiten magnetischer K\u00fchlmaterialien erheblich und machte eine gezielte materialwissenschaftliche L\u00f6sung erforderlich.<\/p>\n
Chemische Modifikation stabilisiert das K\u00fchlmaterial strukturell<\/p>\n
Der entscheidende Fortschritt gelang durch die pr\u00e4zise Kontrolle der chemischen Zusammensetzung und die gezielte Feinabstimmung kovalenter Atombindungen. Im Mittelpunkt stand eine Verbindung aus Gadolinium und Germanium mit der Zusammensetzung Gd\u2085Ge\u2084, die als magnetisches K\u00fchlmaterial untersucht wurde. Dieses Material erw\u00e4rmt sich, wenn ein \u00e4u\u00dferes Magnetfeld die magnetischen Spins der Atome ausrichtet, wodurch der magnetokalorische Effekt ausgel\u00f6st wird.<\/p>\n
Analysen zeigten, dass die Leistungsabnahme dieses K\u00fchlmaterials auf strukturelle \u00dcberg\u00e4nge w\u00e4hrend magnetischer Phasen\u00e4nderungen zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. In Gd\u2085Ge\u2084 ver\u00e4ndern sich Bindungsl\u00e4ngen zwischen Germaniumatomen, die benachbarte Schichten der Kristallstruktur miteinander verbinden. Diese Ver\u00e4nderungen tragen zur Hysterese und zur Degradation bei wiederholten Zyklen bei. Um diese Mechanismen zu kontrollieren, ersetzte das Forschungsteam einen Teil der Germaniumatome durch Zinn. Die gezielte chemische Modifikation stabilisiert die Abst\u00e4nde zwischen den Kristallstrukturschichten w\u00e4hrend der Zustands\u00e4nderungen und d\u00e4mpft atomare Verschiebungen, die zuvor zu Energieverlusten und Leistungsabnahme gef\u00fchrt hatten.<\/p>\n
Verbesserte Leistungsdaten und Bedeutung f\u00fcr Gasverfl\u00fcssigung<\/p>\n
Die strukturelle Stabilisierung zeigt deutliche Auswirkungen auf die Eigenschaften des K\u00fchlmaterials. Die reversible adiabatische Temperatur\u00e4nderung erh\u00f6ht sich von 3,8 Grad auf 8 Grad und wird damit mehr als verdoppelt, w\u00e4hrend die K\u00fchlleistung \u00fcber wiederholte Zyklen hinweg erhalten bleibt. Durch die Reduktion der Hysterese werden irreversible Energieverluste wirksam minimiert, sodass sowohl der magnetokalorische Effekt als auch die Gesamtbest\u00e4ndigkeit des K\u00fchlmaterials unter Betriebsbedingungen verbessert werden.<\/p>\n
Das optimierte K\u00fchlmaterial arbeitet effizient bei extrem tiefen Temperaturen im Bereich von etwa \u2212233 \u00b0C bis \u2212113 \u00b0C. In diesem Temperaturfenster eignet es sich f\u00fcr die Verfl\u00fcssigung von Gasen wie Wasserstoff, Stickstoff und Erdgas und kann damit eine Schl\u00fcsselkomponente bei der Entwicklung umweltfreundlicher Gasverfl\u00fcssigungstechnologien darstellen. Das internationale Konsortium plant, die entwickelte Methodik auf ein breiteres Spektrum von Verbindungen anzuwenden, um die Technologie auf weitere Bereiche der K\u00fchlung und Gasverfl\u00fcssigung auszuweiten.<\/p>\n
Die Ergebnisse sind das Produkt einer engen wissenschaftlichen Zusammenarbeit zwischen dem National Institute for Materials Science<\/a> und dem Kyoto Institute of Technology<\/a> in Japan, dem Japan Synchrotron Radiation Research Institute<\/a>, der Universit\u00e4t Hyogo<\/a>, der Universit\u00e4t Tohoku<\/a> sowie der Technischen Universit\u00e4t Darmstadt<\/a> in Deutschland. Unterst\u00fctzt wurde die Arbeit von der Japanischen Gesellschaft zur F\u00f6rderung der Wissenschaften, dem internationalen Forschungsprogramm JRP-LEAD mit Beteiligung der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Japanischen Agentur f\u00fcr Wissenschaft und Technologie im Rahmen des ERATO-Programms \u201eUchida Magnetische Materialien f\u00fcr das W\u00e4rmemanagement\u201c sowie der DFG innerhalb des CRC\/TRR 270 \u201eHoMMage\u201c.<\/p>\n Originalpublikation: Xin Tang, Yoshio Miura, Noriki Terada, Enda Xiao, Shintaro Kobayashi, Allan D\u00f6ring, Terumasa Tadano, Andres Martin-Cid, Takuo Ohkochi, Shogo Kawaguchi, Yoshitaka Matsushita, Tadakatsu Ohkubo, Tetsuya Nakamura, Konstantin Skokov, Oliver Gut\ufb02eisch, Kazuhiro Hono, and Hossein Sepehri-Amin:\u00a0Control of Covalent Bond Enables Efficient Magnetic Cooling\u00a0IN: \u201eAdvanced Materials\u201c, 17. Dezember 2025 (Online vorab gedruckt) DOI: 10.1002\/adma.202514295<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Ein internationales Forschungskonsortium hat magnetisches K\u00fchlmaterial so weiterentwickelt, dass Effizienz und Best\u00e4ndigkeit deutlich verbessert werden. Durch gezielte chemische…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":26789,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[16],"tags":[46,42,13100,13101,13102,13103,44,97,96,101,98,13104,100,99],"class_list":{"0":"post-26788","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-wissenschaft-technik","8":"tag-at","9":"tag-austria","10":"tag-gase","11":"tag-gasverfluessigung","12":"tag-kuehlmittel","13":"tag-kuehltechnologie","14":"tag-oesterreich","15":"tag-science","16":"tag-science-technology","17":"tag-technik","18":"tag-technology","19":"tag-tu-darmstadt","20":"tag-wissenschaft","21":"tag-wissenschaft-technik"},"share_on_mastodon":{"url":"https:\/\/pubeurope.com\/@at\/116175510129563172","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26788","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=26788"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26788\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/media\/26789"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26788"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=26788"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/at\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=26788"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}