Horloges zonder batterij: Nieuwe technologie gebruikt dunne films om elektriciteit op te wekken uit lichaamswarmte

Thermo-elektrische generatoren produceren stroom door het temperatuurverschil tussen een warm oppervlak en een koelere omgeving op te vangen. Hoewel deze apparaten een enorme belofte inhouden voor het continu voeden van draagbare elektronica door gebruik te maken van de lichaamswarmte van de mens, vormt de productie ervan als dunne, comfortabele films een grote wetenschappelijke uitdaging. Omdat deze films uitzonderlijk dun zijn, gaat de lichaamswarmte er verticaal dwars doorheen de omringende lucht in - net zoals warmte die door een enkel vel papier ontsnapt, zonder afzonderlijke warme en koude gedeelten, waardoor het opwekken van elektriciteit beperkt wordt.

In het verleden omzeilden ingenieurs dit probleem door de materialen te vouwen of door volumineuze, driedimensionale pilaarstructuren te bouwen, wat helaas ten koste ging van de lichtgewicht, flexibele aard van de films. Om dit op te lossen heeft een onderzoeksteam van de Seoul National University een baanbrekende oplossing ontwikkeld die het apparaat volledig plat houdt. Hun nieuwe "pseudo-transversale thermo-elektrische generator", die in het tijdschrift Science Advances wordt beschreven, leidt de manier waarop thermische energie zich verplaatst fundamenteel om.

In plaats van warmte recht omhoog en naar buiten te laten ontsnappen, ontwierpen de onderzoekers een speciale, rekbare siliconen basis. Door warmtegeleidende koperen nanodeeltjes in specifieke delen van deze basis in te bedden, dwongen ze de lichaamswarmte om zijwaarts langs het materiaal te stromen. Deze zijdelingse beweging creëert met succes aangrenzende warme en koele zones op het vlakke oppervlak. Het bootst een complex natuurkundig effect na waarbij warmte en elektrische stromen in een rechte hoek bewegen, waardoor een bruikbare temperatuurgradiënt wordt bereikt puur door structureel ontwerp.

Omdat het hele apparaat gemaakt wordt met een eenvoudig printproces op basis van inkt, blijft het zeer flexibel en schaalbaar. De onderdelen kunnen net als bouwstenen modulair in elkaar gezet worden, zodat ze in verschillende vormen en maten passen. Dit nieuwe platform maakt de weg vrij voor een nieuwe generatie slimme wearables met eigen voeding die comfortabel tegen de huid aan zitten.