Ein chinesisches Forschungsteam hat ein hocheffizientes flexibles thermoelektrisches Polymermaterial entwickelt, das laut einer am Freitag in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichten Studie eine wichtige Grundlage für zukünftige Technologien wie tragbare Geräte, Klebe-Kühlgeräte und Sensoren für das Internet der Dinge bildet.

Designkonzept und Charakterisierungsergebnisse der IHP-TEP-Struktur. (Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Thermoelektrische Materialien ermöglichen eine Umwandlung von thermischer in elektrische Energie und damit Stromerzeugung bzw. Kühlung. Der gesamte Prozess erfordert keinen Brennstoff und verursacht keine Umweltverschmutzung. Statistiken zeigen, dass über 60 Prozent der weltweiten Energie als Abwärme verloren gehen. Die Wiederverwendung der Abwärme birgt ein erhebliches Potenzial für Energieeinsparungen und Emissionsreduktionen.

Derzeit gibt es zwei Haupttypen solcher Materialien. Flexible anorganische thermoelektrische Materialien können bei Raumtemperatur einen thermoelektrischen Gütefaktor (ZT-Wert) von 1,4 erreichen, während organische Materialien einen ZT-Wert von 1,2 erreichen können.

Das Team des Instituts für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Professor Zhu Daoben und Professor Di Chong'an hat ein unregelmäßiges hierarchisch-poröses thermoelektrisches Polymer (IHP-TEP) entwickelt. Es erreicht einen ZT-Wert von 1,64 bei 343 Kelvin (etwa 70 Grad Celsius) und setzt damit einen neuen Maßstab für flexible thermoelektrische Materialien in diesem Temperaturbereich.

Die einzigartige Struktur dieses neuen Materials unterdrückt die Wärmeleitung erheblich und schafft effiziente Ladungstransportkanäle, die denen eines Idealmodells in thermoelektrischen Materialien nahekommen. Die IHP-TEP-Folie ist auch mit der Sprühbeschichtungstechnologie kompatibel, was eine großflächige, kostengünstige Herstellung ähnlich wie beim Zeitungsdruck ermöglicht.

Dank seiner Flexibilität haftet das neue Material auf verschiedenen gekrümmten Oberflächen und bietet damit breite Anwendungsmöglichkeiten in Wearables und im Internet der Dinge.

So bietet es beispielsweise eine Stromversorgungslösung für Sensoren, die in unterschiedlichen Umgebungen eingesetzt werden. Überall dort, wo Temperaturunterschiede bestehen – sei es am menschlichen Körper, an der Außenfassade eines Gebäudes oder im Freien – kann es die Sensoren kontinuierlich mit Strom versorgen.