Strom statt Schwitzen: Miniatur-Thermogenerator gewinnt Leistung aus Abwärme
Während bereits einige auf Piezotechnik basierende Schwingungsgeneratoren für spezifische Frequenzbereiche angeboten werden, waren Thermogeneratoren, die - bei kompakten Abmessungen - aus moderaten Temperaturdifferenzen ausreichend Spannung generieren, bislang nicht realisierbar. Das hat sich jetzt geändert: Winzige Dünnschicht-Thermogeneratoren erlauben es künftig, drahtlose Sensoren an Stellen und in Mengen zu platzieren, die bislang undenkbar waren. Anstatt Kabel zu verlegen, oder mit mehr oder weniger Aufwand die Batterien drahtloser Sensorik zu warten, ist nun Installieren-und-Vergessen in greifbare Nähe gerückt. Die Einsatzgebiete für die Miniatur-Generatoren sind fast nur durch die Fantasie des Anwenders eingeschränkt, solange nicht die 200°C Grenztemperatur für die neuen Thermogeneratoren überschritten wird.
Thermoelektrische Generatoren nutzen den so genannten Seebeck-Effekt, die Umkehrung des Peltier-Effekts, der z.B. in der elektrischen Kühltasche für geregelten Frost sorgt. Der Seebeck-Effekt basiert auf der Tatsache, dass ein Wärmefluss durch thermoelektrisch aktive Materialien einen Stromfluss bewirkt. Die Thermoelektrik-Experten der Micropelt GmbH, Freiburg haben sich auf die Herstellung einer thermoelektrischen Dünnschicht spezialisiert. Mit Verfahren aus der Chipherstellung werden in den Freiburger Reinräumen miniaturisierte Kühlelemente und Thermogeneratoren genannt Micropelts, erzeugt, die diese Effekte besonders effektiv nutzen, weil die innere Struktur auf Bruchteile eines Mikrometers genau für den vorgesehenen Einsatzzweck designt wurde. Die neuesten Thermogenerator-Modelle sind nur ca. 6 bis 25 mm² groß, erzeugen aber aus Temperaturunterschieden von weniger als 20°C mehrere mW Leistung.
Die winzigen Thermogeneratoren bestehen aus einem Paar Siliziumchips, die jeweils eine Mikrostruktur aus entgegengesetzt dotiertem thermoelektrischen Wismut-Tellurit (Bi2Te3) tragen. Mittels eines speziellen Lötverfahrens werden diese beiden Hälften miteinander verzahnt und verbunden. Welche Spannung von einem thermoelektrischen Generator erzeugt werden kann, ist abhängig von der am Einsatzort vorherrschenden Temperaturdifferenz und der Anzahl der Beinpaare, mit anderen Worten, der Feinheit der thermoelektrischen Struktur.
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