Next-Gen-Smartwatches könnten dank neuem Material mit Körperwärme betrieben werden

Mehr als 60 Prozent der weltweit erzeugten Energie gehen als Abwärme verloren. Um diese verlorene Energie nutzbar zu machen, hat ein Forschungsteam des Institute of Chemistry der Chinese Academy of Sciences ein hochflexibles Material entwickelt, das Wärme direkt und ohne Schadstoffausstoß in Strom umwandelt. Das neue unregelmäßig hierarchisch-poröse thermoelektrische Polymer wurde im Fachjournal Science veröffentlicht und soll tragbare Geräte wie Smartwatches dauerhaft mit Energie versorgen, indem es Temperaturunterschiede aus der Umgebung nutzt – etwa Körperwärme.

Damit solche Materialien effizient arbeiten, müssen sie Strom gut leiten und zugleich verhindern, dass Wärme entweicht. Herkömmliche flexible Kunststoffe haben genau mit diesem Gleichgewicht Probleme. Die Forscher haben das durch die Kombination eines Polymers mit einem Trennmittel gelöst, welches später wieder entfernt wurde. So entsteht ein Netzwerk aus zufällig geformten mikroskopisch kleinen und nanoskaligen Hohlräumen. Diese schwammartige Struktur blockiert die winzigen Schwingungen, die Wärme normalerweise durch einen Festkörper transportieren, und soll den Wärmeverlust dadurch um 72 Prozent senken.

Gleichzeitig sorgen die engen Zwischenräume in der porösen Struktur dafür, dass sich die Polymermoleküle deutlich dichter und geordneter aneinanderlagern als üblich. Diese verbesserte strukturelle Ausrichtung schafft besonders effiziente Kanäle, durch die sich elektrische Ladungen bewegen können, wodurch die elektrische Beweglichkeit um mindestens 25 Prozent steigt.

Durch die erfolgreiche Entkopplung von Wärmefluss und elektrischem Strom erreichte die optimierte Materialschicht bei rund 70 Grad Celsius einen Rekordwert von 1,64 beim sogenannten thermoelektrischen Gütefaktor. Damit setzt das Material einen neuen Maßstab im Hinblick auf die Effizienz, übertrifft den bisherigen Polymer-Rekord von 1,28 und schneidet sogar besser ab als flexible anorganische Materialien. Anders als herkömmliche Hochleistungsmaterialien, die eine aufwendige Herstellung erfordern, lässt sich der neue Film nach Angaben der Forscher mit einfachen Sprühbeschichtungsverfahren, ähnlich dem Zeitungsdruck, kostengünstig und in großem Maßstab produzieren.