Batterielose Uhren: Neue Technik erzeugt Strom aus Körperwärme mit dünnen Filmen

Thermoelektrische Generatoren erzeugen Strom, indem sie den Temperaturunterschied zwischen einer warmen Oberfläche und einer kühleren Umgebung nutzen. Obwohl diese Geräte enormes Potenzial haben, tragbare Elektronik kontinuierlich mit menschlicher Körperwärme zu versorgen, ist ihre Herstellung als dünne Folien bislang eine erhebliche wissenschaftliche Herausforderung. Weil diese Folien außergewöhnlich dünn sind, strömt die Körperwärme senkrecht direkt durch sie hindurch in die umgebende Luft – ähnlich wie Wärme, die durch ein einzelnes Blatt Papier entweicht. Dadurch entstehen keine klar voneinander getrennten warmen und kalten Bereiche, was die Stromerzeugung einschränkt.

Bisher umgingen Ingenieure dieses Problem, indem sie die Materialien falteten oder sperrige, dreidimensionale Säulenstrukturen bauten. Das ging jedoch zulasten der leichten und flexiblen Eigenschaften der Folien. Um dieses Problem zu lösen, entwickelte ein Forschungsteam der Seoul National University eine Lösung, bei der das Bauteil vollständig flach bleibt. Wie in der Fachzeitschrift Science Advances beschrieben, lenkt der neue „pseudo-transversaler thermoelektrischer Generator“ den Weg der Wärmeenergie grundlegend um.

Anstatt die Wärme einfach gerade nach oben entweichen zu lassen, entwickelten die Forscher eine spezielle, dehnbare Silikonbasis. Indem sie wärmeleitende Kupfernanopartikel nur in bestimmte Bereiche dieser Basis einbetteten, zwangen sie die Körperwärme dazu, seitlich durch das Material zu fließen. Diese seitliche Bewegung erzeugt erfolgreich benachbarte warme und kühle Zonen auf der flachen Oberfläche. Damit ahmt das System einen komplexen physikalischen Effekt nach, bei dem sich Wärme und elektrische Ströme im rechten Winkel zueinander bewegen, und erzeugt allein durch das strukturelle Design ein nutzbares Temperaturgefälle.

Da das gesamte Bauteil mit einem einfachen, tintenbasierten Druckverfahren hergestellt wird, bleibt es hochflexibel und gut skalierbar. Die Komponenten lassen sich modular zusammensetzen, ähnlich wie Bausteine, um unterschiedliche Formen und Größen zu ermöglichen. Diese neue Plattform ebnet den Weg für eine neue Generation selbstversorgender smarter Wearables, die angenehm auf der Haut sitzen.