Schlüsselwörter
(Englisch)
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Thermoelectricity, Seebeck effect, ionic liquids, SOLID technology, energy harvesting
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Ionische Flüssigkeiten (IOLs) haben höhere Seebeck Koeffizienten und deutlich niedrigere Wärmeleitfähigkeiten als Festkörpern. Eine innovative Plattform für hocheffiziente thermoelektrische Generatoren (TEGs) ist damit möglich. Erste TEGs konnten bereits erfolgreich hergestellt werden. Dieses Projekt beabsichtigt funktionierende, hochintegrierte Prototypen aus mehr als tausend Einzel-TEGs herzustellen. Durch Variation der IOLs und der Zugabe von Redox-Paaren soll der Wirkungsgrad gesteigert werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Ionic liquids (IOLs) exhibit significantly higher Seebeck-coefficients at reduced thermal conductivities as compared to solid materials. Conditions for creating an innovative platform for efficient thermo-electrical generators (TEG) are fulfilled. First generators could successfully be created in a previous project. This project aims the manufacturing of a highly integrated (more than 1000 cells) TEG. Simultaneously continuous improvement of TEGs by varying the IOLs and adding Redox couples will be carried out.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Thermoelektrische Generatoren (TEG) wandeln einen Wärmestrom in elektrischen Strom um. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines flexiblen, leichten, dünnen und tragbaren TEG, der Endverbrauchergeräte im Nano- bis Mikrowattbereich (z.B. Implantate, Hörgeräte) versorgen kann. Die Verwendung von ionischen Flüssigkeiten in TEGs als Transportmedium des elektrischen Stromes ist innovativ und interessant, da ihre Wärmeleitfähigkeit fünf bis zehnmal kleiner ist im Vergleich zu Festkörpermaterialien. Dies ist eine typische Eigenschaft von Flüssigkeiten im Allgemeinen. Eine niedrige Wärmeleitfähigkeit bedeutet, dass für einen gegebenen Wärmefluss ein hoher Temperaturunterschied im TEG aufrechterhalten werden kann und somit eine hohe Generatorspannung erzeugt werden kann. Die zugrundeliegenden Transportmechanismen in der Flüssigkeit und an den Elektroden-Oberflächen wurden im laufenden Projekt in Test-Zellen erforscht, um den Wirkungsgrad zu optimieren. Mittels Röntgen-Strukturanalysen wurden die Mechanismen aufgeklärt, die für den Stromtransport in der Lösung verantwortlich sind.
Bisher konnte darauf geschlossen werden, dass der Stromtransport bzw. der Innenwiderstand der Zelle entscheidend ist für den Wirkungsgrad. Es wurde festgestellt, dass durch eine geringe Erhöhung des Wärmeflusses der elektrische Strom überproportional ansteigt.
Es wurde gezeigt, dass flexible TEGs auf Basis von ionischen Flüssigkeiten entwickelt werden können, die auch im Niedertemperaturbereich und bei kleinster Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten des Generators Strom liefern können. Somit zeichnen sie sich bestens aus als „Energyharvester“, speziell zur Umwandlung von Körperwärme in elektrischen Strom. TEG-Prototypen wurden gefertigt und erfolgreich getestet.
Auf der Haut tragbare Generatoren sollten leicht und hoch flexibel sein, damit die Elektronik komfortabel getragen werden kann und über den Hautkontakt die Hautwärme vollständig genutzt werden kann. Unterschiedliche Polymere für die Herstellung von hochflexiblen TEGs wurden untersucht. Die langfristige Dichtigkeit und Verkapselung der TEGs muss geprüft werden.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Haute Ecole Arc Ingénierie
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Laux,Edith
Uhl,Stefanie
Keppner,Herbert
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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Thermoelectric generators (TEGs) convert a flow of heat into electricity. The aim of the project is to develop a flexible, lightweight, thin and portable TEG, the consumer devices in the low current range (for example, implants, hearing aids) can supply. The use of ionic liquids in TEGs as a transport medium of the electric current is innovative and interesting, as their thermal conductivity five to ten times smaller compared to solid-state materials. This is a typical property of liquids in general. A low thermal conductivity means that for a given heat flow, a high temperature difference in the TEG can be maintained and thus generates a high voltage generator. The underlying transport mechanisms in the liquid and towards the electrode surfaces will be investigated in the current project in test cells in order to optimize the efficiency. Using X-ray structure analysis aims at elucidating the mechanisms that are responsible for electricity transmission in the solution.
So far, it can be concluded that the current transport and the internal resistance of the cell is critical to the efficiency. It was found that the electric current increases disproportionate to a small increase of the heat flow.
It has been shown that flexible TEGs based on ionic liquids can be developed: These TEGs can deliver power even at low temperatures and at very small temperature difference between the two sides of the generator. Thus, they are distinguished from well as "energy harvester", specifically for converting body heat into electricity. TEG prototypes were manufactured and successfully tested.
On the skin, portable generators should be light and highly flexible, so that the electronics can be worn comfortably and skin contact the skin heat can be fully utilized. Different polymers for the production of highly flexible TEGs were examined. The long-term sealing and encapsulation has to be checked.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Haute Ecole Arc Ingénierie
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Laux,Edith
Uhl,Stefanie
Keppner,Herbert
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Schlussbericht
(Französisch)
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Générateurs thermoélectriques (TEG) convertissent un flux de chaleur en électricité. L'objectif du projet est de développer un TEG flexible, léger, mince et portable, capable d’alimenter les appareils grand public dans le bas de gamme actuelle (par exemple, les implants, les prothèses auditives). L'utilisation de liquides ioniques en tant que substance TEG actif pour le transport du courant électrique est innovant et intéressant, car leur conductivité thermique cinq à dix fois plus faible par rapport aux matériaux semi-conducteurs à l’état solide. Ceci est une propriété caractéristique des liquides en général. Un moyen d'une faible conductivité thermique que pour un flux thermique donné, une grande différence de température dans le TEG peut être maintenue, et génère ainsi un générateur de haute tension. Les mécanismes de transport sous-jacents dans le liquide et vers les surfaces d'électrodes seront étudiés dans le projet en cours dans les cellules de test en vue d'optimiser l'efficacité. Utilisation de X-ray analyse de la structure vise à élucider les mécanismes qui sont responsables de la transmission de l'électricité dans la solution. Jusqu'à présent, il peut être conclu que le transport de courant et la résistance interne de la cellule est essentielle pour l'efficacité. Il a été constaté que l'augmentation du courant électrique a une plus haute proportion par une légère augmentation du flux de chaleur.
Il a été démontré que TEG flexibles peuvent être développés sur la base de liquides ioniques qui peuvent délivrer de la puissance à basses températures et à très faible différence de température entre les deux côtés du générateur. Ainsi, ils se distinguent des ainsi que "collecteur d'énergie", en particulier pour la conversion de la chaleur du corps en électricité. Prototypes TEG ont été fabriqués et testés avec succès.
Sur la peau, les générateurs portables doivent être légers et très flexible, de sorte que l'électronique peut être portée confortablement et en contact avec la peau la chaleur de la peau peut être pleinement utilisée. Différents polymères pour la production de TEG très flexibles ont été examinés. L'étanchéité à long terme de l'encapsulation est à vérifier.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Haute Ecole Arc Ingénierie
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Laux,Edith
Uhl,Stefanie
Keppner,Herbert
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