Strom aus Kunststoff
Erster druckbarer thermoelektrischer Generator aus organischen Materialien für den flexiblen Einsatz in tragbarer Elektronik und Messtechnik.
Thermoelektrische Generatoren (TEGs) können Wärme direkt in Strom umwandeln, ohne den Umweg über die mechanische Arbeit gehen zu müssen. Dies ermöglicht selbst die Nutzung kleinster Temperaturdifferenzen, die mit herkömmlichen Wärme-Kraft-Maschinen nicht verwertbar sind. Auch der umgekehrte Weg des direkten Heizens bzw. Kühlens (Peltier-Effekt) ist möglich, was besonders praktisch zur Temperierung auf kleinstem Raum eingesetzt werden kann.
Abb.: So könnte eine Anlage für die Produktion von TEGs aussehen. (Bild: KIT)
Bislang werden solche Systeme aus anorganischen Materialien wie Bismuttelurid gefertigt, die teure und giftige Schwermetalle enthalten. Wegen der Härte und Sprödigkeit dieser Materialien sind aufwändige Fertigungsverfahren notwendig. Als Trägermaterial werden außerdem vorstrukturierte, mechanisch stabile Keramiken benötigt.
Eine Entwicklung aus dem Lichttechnischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie könnte das Anwendungsspektrum thermoelektrischer Elemente in Serienfertigung erweitern. Die Wissenschaftler setzen organische Materialien ein, die sich durch den Einsatz von Druckprozessen flexibler formen und großflächig herstellen lassen.
Bislang konnten mit Hilfe von Druckprozessen nur Schichtdicken im Bereich von Mikrometern erzeugt werden, die jedoch zu gering sind, um nennenswerte Generatorleistungen zu erzeugen. Durch eine neuartige Verfahrensweise können nun erstmals Generatoren gedruckt werden, die die Wirkungsgrad-Vorteile von dicken Generatoren mit den fertigungstechnischen Vorteilen organischer Dünnschicht-Bauelemente vereinen.
Hierdurch können mit Hilfe einfacher Prozessvariationen TEGs kostengünstig in beliebigen Dimensionen gefertigt werden. Das ermöglicht die Herstellung individueller, hinsichtlich Ausgangsspannung, Innenwiderstand und thermischem Widerstand optimal angepasster TEGs. Durch die Verwendung unstrukturierter flexibler Folien als Trägermaterial, erhoffen sich die Karlsruher sowohl eine Kostenreduktion, als auch Prozessvereinfachung und -beschleunigung.
TEGs könnten zukunftig unter anderem in industriellen Anlagen eingesetzt werden, um aus Prozessabwärme zusätzlichen Nutzstrom zu erzeugen. Auch die Energieversorgung kleiner Sensoren mit aus Umgebungswärme gewonnenem Strom (Energy-Harvesting) eröffnet neue Einsatzgebiete. Aufgrund ihrer Flexibilität können sie zum Beispiel direkt in Kleidungsstucke zur Nutzung der Körperwärme integriert werden.
KIT / AS / PH
