Ein Traum vieler Ingenieure: Winzige Energieernter, die genug Strom liefern, um mobile Geräte, Sensoren und Elektronik ganz ohne Batterien und Stromkabel mit unerschöpflicher Energie aus ihrer Umgebung zu versorgen. Montage: Heiko Weckbrodt, Fotos: Heiko Weckbrodt , Felix Mittermeier (Pixabay)
TU Dresden arbeitet an organischen Energie-Erntern
Dresden, 4. April 2022. Womöglich laden wir unsere Handys in Zukunft gar nicht mehr an der Steckdose, sondern unterwegs mit unserer Körperwärme auf. Zumindest einen gewissen Beitrag dazu könnten organische Energie-Ernter leisten, an denen Prof. Karl Leo und Dr. Shu-Jen Wang von der TU Dresden arbeiten. Sie haben nun einen Weg gefunden, wie dünne organische Schichten, die auf bestimmte Art mit Fremdatomen gespickt sind, Umgebungswärme relativ effektiv in Strom umwandeln können. Das hat das „Institut für angewandte Physik“ (IAP) der TU Dresden mitgeteilt.
Thermoelektrische Schichten wandeln Wärme in Strom
Solche biegsamen thermoelektrischen Schichten könnten in Zukunft womöglich auch die nötige Energie für elektronische Sportarmbänder, Uhren und Gesundheits-Sensoren am Körper liefern. „Unsere Arbeit ebnet neue Wege zu flexiblen thermoelektrischen Bauelementen, die es ermöglichen, auf elegante und effiziente Weise direkt elektrische Energie aus Wärme zu erzeugen“, meint Prof. Leo.
Prof. Karl Leo Foto: Heiko Weckbrodt
Konkret hatten Shu-Jen Wang und Karl Leo den roten organische Farbstoff Rubren in verschiedenen Phasen der Kristallisation untersucht. Um die dünnen Rubren-Schichten für die gewünschten Wandlungseffekte von Wärme in Strom leitfähiger zu machen, versetzten sie den Farbstoff mit Fremdatomen. Dabei setzten sie die sogenannte Modulationsdotierung ein, bei der weniger Streueffekte zwischen den beschossenen Materialschichten auftreten.
Die Voyager-Raumsonden zum Beispiel haben thermoelektrische Stromversorgung an Bord, da Solarsegel am Rande des Sonnensystems nicht genug „Saft“ liefern. Visualisierung: NASA
Stichwort „Thermoelektrika“
Thermoelektrika sind prinzipiell zwar altbekannt, haben sich mangels Effizienz aber bisher nicht so recht in der Industrie durchsetzen können. Zudem sind sie meist aus starren anorganischen Materialien konstruiert. Organisch Materialien sind dagegen meist biegsam. Wenn es gelingt, auch die Energieausbeute zu steigern, während andererseits der elektrische Energieverbrauch moderner Sensoren und Elektronik sinkt, könnten thermoelektrische Energieernter („Energy Harvester“) künftig für einen Masseneinsatz interessant werden.
Quelle: TUD
Wissenschaftliche Publikation:
Shu-Jen Wang, Michel Panhans, Ilia Lashkov, Hans Kleemann, Federico Caglieris, David Becker-Koch, Jörn Vahland, Erjuan Guo, Shiyu Huang, Yulia Krupskaya, Yana Vaynzof, Bernd Büchner, Frank Ortmann and Karl Leo. “Highly efficient modulation doping: A path towards superior organic thermoelectric devices” Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.abl9264
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