Wärmepumpe am Handgelenk: Chip wandelt Wärme in Strom für IoT und Sensoren

Gerade bei den kleinen Sensoren für den Hausgebrauch hält selbst eine Knopfzelle manchmal ein Jahr. Gewechselt werden muss sie dennoch irgendwann. Das gilt für viele smarte Geräte, die allesamt auf eine Stromquelle angewiesen sind.

Entweder verlegt man aufwendig Kabel oder setzt auf Batterien, Akkus und gern noch auf kombinierte Solarzellen. Der Aufwand ist groß, die Wirtschaftlichkeit größtenteils fraglich.

Hier setzt ein Team aus Forschenden der University of Utah an. Auch ohne Sonne, ohne Kabel und ohne Batteriewechsel soll die dauerhafte Stromversorgung gewährleistet werden.

Und diese stammt bei der "pyroelektrochemischen Zelle" (PEC) aus der Umgebungstemperatur. Genauer gesagt aus deren Schwankung. Nanopartikel mit Titan und Barium befinden sich in einem porösen synthetischen Gewebe.

Hinzu kommen die klassischen Komponenten einer Batterie. Bei steigender oder sinkenden Temperatur ändern sich die elektrischen Eigenschaften des Systems, sodass durch die Potentialänderung eine Spannung erzeugt wird. Mit dieser kann ein Kondensator oder eine klassische aufladbare Batterie Strom speichern, der wiederum gleichmäßig an das smarte Gerät abgegeben wird.

Die im Labor entwickelten PECs können durch einmaliges Erwärmen oder Abkühlen 100 Mikrojoule aus der Fläche von einem Quadratzentimeter ziehen. Umgerechnet wären das 0,001 Wattstunden.

Oder anders gesagt: Wo beispielsweise große runde Knopfzellen wie in diesem Zigbee-Kontaktsensor zwischen sechs Monaten und einem Jahr arbeiten, ließe sich schon jetzt eine solche und zugegebenermaßen noch experimentelle Energiezelle einsetzen. Sie besitzt die geeignete Größe und liefert genügen Strom. Auch klassische Armbanduhren oder der Außentemperatursensor wären damit auf Dauer versorgt.

So wie Wärmepumpe oder Kühlschrank mit Strom und technischer Arbeit an einer Stelle Wärme entziehen und diese übertragen, gewinnt die PEC aus der sich ändernden Umgebungstemperatur Strom. Es handelt sich aber um einen rein elektrochemischen und keinen mechanischen Prozess - also nicht Wärmepumpe, eher Wärmebatterie.