Rijkert Knoppers
Wat zou het handig zijn als je nooit meer je mobieltje hoeft op te laden. Of dat je de batterijen van je hoorapparaat of smartwatch niet meer hoeft te vervangen. Voor dit probleem heeft het Duitse Lichttechnischen Instituts (LTI) van het Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) een oplossing gevonden, die niet alleen technisch maar ook financieel aantrekkelijk is: een verbeterde versie van een TEG!
Het principe van een thermo-elektrische generator (TEG) is allang bekend, de Baltisch-Duitse natuurkundige Thomas Seebeck heeft al in 1821 het principe bedacht om met warmte elektriciteit te wekken door twee halfgeleiders bloot te stellen aan een temperatuurverschil. Maar de praktische toepassing voor zowel industrieel als particulier gebruik bleek lastig vanwege de hoge kosten. Daarbij speelde ook de schaarste van een van de vaak gebruikte materialen, tellurium, een rol. ‘De samenstelling van conventionele TEGs gebeurt met een relatief complex fabricageproces uit afzonderlijke onderdelen’, verduidelijkt professor Uli Lemmer, hoofd van het LTI. ‘Om dit te omzeilen hebben we nieuwe bedrukbare materialen onderzocht. Daarnaast hebben we twee innovatieve processen ontwikkeld op basis van anorganische nanodeeltjes.’
Bij het eerste proces drukt een zeefdrukpers met een thermo-elektrische inkt een 2D-patroon op een flinterdunne, flexibele substraatfilm. Met een origamitechniek is vervolgens in twee stappen uit het 2D-materiaal een compacte generator ter grootte van een suikerklontje te vouwen. De KIT-wetenschappers ontwikkelden deze methode samen met het InnovationLab in Heidelberg en het spin-off bedrijf van het KIT oTEGo GmbH. In het tweede proces printen de onderzoekers eerst een 3D-raamwerk, waarop ze vervolgens de thermo-elektrische inkt aanbrengen. In plaats van het zeldzame tellurium is dit ook mogelijk met meer gangbare materialen.
Door de inzet van grootschalige printtechnologieën zoals roll-to-roll zeefdruk, inkjetprinten of andere additieve fabricagemethoden, zoals 3D-printen, zijn minder verwerkingsstappen nodig, waardoor een snellere en goedkope productie mogelijk is. ‘De nieuwe fabricageprocessen maken niet alleen een kosteneffectieve en schaalbare productie van TEG’s mogelijk, het ligt ook onder handbereik om de betreffende producten op maat aan de gevraagde toepassing aan te passen’, aldus Lemmer. ‘We werken er hard aan om de geprinte thermo-elektrische materialen commercieel beschikbaar te maken.’
