Körperwärme ersetzt Batterie

Im Rahmen des Projekts „Thermoelektrische Nanokomposite“ arbeitet das Frauenhofer Institut für Integrierte Schaltungen IIS an einem Spannungswandler, der mit minimalen Eingangsspannungen ab 20 Millivolt arbeiten kann und mit überaus geringen aus der Umwelt gewonnenen Energien elektrische Kleinstverbraucher betreiben kann.

Von Michael Holzinger (mh)
11.02.2010

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Es klingt ein wenig nach Science Fiction, soll aber schon bald Realität sein: mobile Geräte wie z.B. ein MP3-Player, die gänzlich ohne Batterien arbeiten und daher stets einsatzbereit sind, ohne jemals an eine Steckdose angeschlossen zu werden. Daran arbeiten derzeit Ingenieure des Frauenhofer Instituts für integrierte Schaltungen IIS im Rahmen des Projekts „Thermoelektrische Nanokomposite“.

Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung von Thermogeneratoren speziell zur dezentralen Energieerzeugung für autarke Sensor-/ Aktor-Netzwerke. Hierzu werden Lösungsansätze zur Herstellung von hocheffizienten polykristallinen thermoelektrischen Materialien und Bauelementen realisiert, sowie die für den Einsatz als Thermogenerator notwendigen hochintegrierten elektronischen Schaltungen entwickelt.

Als Ergebnis dieses Projekt präsentierte nun das deutsche Forschungsinstitut einen weltweit einzigartigen Spannungswandler sowie einen Thermogenerator.

Ein derartiger Thermogenerator müsste nicht größer als 2 mal 2 cm sein, um Strom z.B. aus Körperwärme gewinnen zu können. Bereits bei minimalsten Temperaturunterschieden von 2°, wie beispielsweise zwischen menschlicher Haut und Raumklima, würde ein derart kleiner Thermogenerator zusammen mit dem neuen Spannungswandler-IC eine Leistung von bis zu 4 mW liefern können.

Aber nicht nur ein Thermogenerator kann zusammen mit dem neuen Spannungswandler-IC als Energiequelle dienen, sondern z.B. Solarzellen selbst bei geringer Beleuchtung oder aber auch Brennstoffzellen. Würde die so gewonnene Energie über längere Zeit gesammelt und in einer Batterie gespeichert, so könnten nach Ansicht der Ingenieure damit auch größere Energieverbraucher betrieben werden.

Auch dieser Spannungswandler-IC ist natürlich auf Miniaturisierung getrimmt und misst lediglich 1,5 mm x 1,5 mm. Es soll die erste Lösung sein, die mit minimalen Eingangsspannungen ab 20 Millivolt arbeiten kann. Dieser IC soll kommerzielle Elektronik wie Sensoren, drahtlose Funk-Sendeempfänger und Displays mit Spannungen von z.B. 3,3 Volt versorgen können, wobei je nach Last und Eingangswiderstand der Wirkungsgrad zwischen 30 bis 80 Prozent liegen soll.

Natürlich stehen derzeit vor allem Anwendungsszenarien aus der Industrie im Mittelpunkt der Entwicklung. So sollen kleine und entsprechend günstig herzustellende Spannungswandler in vielen verschiedenen Anwendungsgebieten von großem Vorteil sein, wie etwa in der Medizintechnik, bei Gebäude-, Kraftfahrzeug- und Automatisierungstechnik oder etwa in der Logistik.

Allerdings dürfte auch das einleitend erwähnte Szenario für den Privatanwender durch die aktuelle Entwicklung nicht mehr all zulange undenkbar sein. Denn die Ingenieure des Frauenhofer Instituts für Integrierte Schaltungen IIS sprechen in diesem Zusammenhang schon nicht mehr von Zukunftsmusik, sondern vom aktuellen Stand der Forschung.

Michael Holzinger

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Keywords: mobil, MP3, Outdoor