Piezoelektrische Energy Harvester

Durch den Einsatz von Piezoelektrizität können Energy Harvester zur dezentralen Energieversorgung genutzt werden.
CeSMA bietet zwei Ansätze, die auf unterschiedlichen Materialklassen basieren:
 

Piezokeramische Dünnschichten

Diese Harvester benötigen nur kleine Volumina und können auf flexiblen Edelstahlfolien verarbeitet werden. Sie adressieren Anwendungen mit hoher mechanischer Robustheit und können unter thermischen Bedingungen von bis zu 160 °C arbeiten.

 

Piezopolymere

Diese Polymerfolien können eingesetzt werden, wenn das thermische Budget während der Verarbeitung gering ist (< 100 °C).  Die Langzeitbetriebstemperatur liegt knapp über 80 °C. Sie können auf eine Vielzahl von temperaturempfindlichen Substraten wie Kunststofffolien oder sogar Papier aufgebracht werden. Es ist auch möglich, die Verwendung von Blei zu umgehen, wie es bei piezokeramischen Harvestern erforderlich ist.

 

Großflächig gedruckte Energy Harvester Rolle-zu-Rolle-Beschichtung
© Fraunhofer ISC
Großflächig gedruckte Energy Harvester auf PVDF-Basis durch Rolle-zu-Rolle-Beschichtung (Substratbreite 30 cm)
Piezoelektrischer Cantilever für Energy Harvesting
© Fraunhofer ISC
Piezoelektrischer Cantilever für Energy Harvesting (Länge 10 cm)
Piezoelektrische Dünnschicht für Energy Harvesting
© Fraunhofer ISC
Piezoelektrische Dünnschicht für Energy Harvesting (50 x 50 mm²)

Vorteile im Vergleich zu piezokeramischen Bulk-Harvestern#


  • Anwendung auf Objekten mit Krümmung im Bereich von mm
  • Biegbarkeit (10 Mio Zyklen @ 0,1 % Dehnung für piezokeramische Dünnschichten)
  • Kleiner Konstruktionsquerschnitt, sehr dünn (einige µm)


  • Wenig (piezokeramische Dünnschichten) / kein Blei (PVDF)
  • Hohe mechanische Robustheit
  • Nicht korrosiv


  • Große Flächen (dm²)
  • Geringe Kosten (10 ct/1 cm²)
  • Typische zu erntende Energie liegt im Bereich von 100 µJ/ cm²

Unsere Kompetenzen

  • Simulation und Design
  • Materialanpassung von aktiven Harvester-Materialien
  • Prototyping von Energie-Harvestern
  • Kombination mit weiteren Harvesting-Konzepten (thermoelektrisch, triboelektrisch, magnetostriktiv)

Leistungsangebot

  • Entwicklung von Harvesterlösungen nach den Vorgaben des Kunden
  • Verbesserung der für das Energy Harvesting benötigten Materialien
  • Machbarkeitsstudien über Kleinserienfertigung
  • Durchführen von Lebensdauertests