Thermoelektrischer Stoff könnte tragbare Elektronik und Smart Wear mit Energie versorgen Strom aus Körperwärme - scinexx | Das Wissensmagazin
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Thermoelektrischer Stoff könnte tragbare Elektronik und Smart Wear mit Energie versorgen

Strom aus Körperwärme

Fitnesstracker
Benötigen Fitnessarmbänder bald keine aufladbaren Batterien mehr? © BsWei/ thinkstock

Statt Akku oder Batterie: Forscher haben ein Material entwickelt, das nur mithilfe von Körperwärme Strom erzeugen kann. Ihr Gewebe aus Baumwolle und einem leitfähigen Polymer nutzt die Temperaturdifferenz zwischen Haut und Umgebung und erzeugt durch thermoelektrische Effekte Spannungen von rund 20 Millivolt. Damit ließe sich künftig zum Beispiel in Kleidung eingebaute Elektronik betreiben.

Kleidung ist längst nicht mehr bloß zum Anziehen da: Der Trend geht zum „smarten“ Textil mit Zusatzfunktionen. T-Shirts, Hosen und Co fungieren heute bereits als Bedienoberfläche für Smartphones, Aktivitätstracker oder gar als Medizinprodukt – und die in ihnen eingebaute Elektronik wird immer kleiner.

Die Technik vollständig im Textil verschwinden zu lassen, klappt jedoch noch nicht. Ein Grund: Die Kleidung muss irgendwie mit Strom versorgt werden. Dafür kommen bisher in der Regel Zusatzgeräte zum Einsatz, die per Magnet, Druckknopf oder Klettverschluss ans Textil gesteckt werden müssen. Wissenschaftler arbeiten allerdings bereits an eleganteren Lösungen: zum Beispiel ultradünnen Solarzellen, die künftig einfach auf die Kleidung gedruckt werden könnten.

Thermoelektrische Effekte

Einen anderen Ansatz präsentieren nun Trisha Andrews von der University of Massachusetts in Amherst und ihre Kollegen: Sie haben einen Stoff entwickelt, der tragbare Elektronik mithilfe von Körperwärme mit Energie versorgt. Das Prinzip dahinter: Allein durch das Gefälle zwischen der warmen Körpertemperatur und der kühleren Umgebungstemperatur können sogenannte thermoelektrische Materialien Energie erzeugen. Dabei wird elektrische Ladung von der warmen zur kalten Region transportiert – es fließt ein kleiner, aber nutzbarer Strom.

Für die Anwendung dieser Methode in der Praxis fehlte es bisher allerdings an kostengünstigen, effizienten und gesundheitlich unbedenklichen Materialen, wie die Forscher berichten: „Wir haben nun jedoch ein günstiges und biokompatibles Gewebe mit ausreichenden thermoelektrischen Eigenschaften entwickelt, um kleine Geräte mit Strom zu versorgen.“

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Strom aus Körperwärme
Das Gewebe kann Spannungen von rund 20 Millivolt erzeugen. © UMass Amherst/ Andrew lab

Ausbeute von über 20 Millivolt

Konkret besteht ihr Material aus Baumwollstoff, auf den ein leitfähiges Polymer namens PEDOT-CI aufgedruckt ist. Integriert in ein Band, kann der Stromlieferant beispielsweise an besonders warmen Körperregionen wie dem Handgelenk, der Handfläche oder dem Oberarm getragen werden. Tests zeigten: An der Hand getragen generierte das Band immerhin eine Thermospannung von über 20 Millivolt. Schweiß verstärkte die Energieausbeute sogar noch.

Doch hält das Gewebe auch alltäglichen Belastungen stand? Wie haltbar die PEDOT-CI-Beschichtung ist, untersuchten die Wissenschaftler, indem sie den Stoff einem Waschgang unterzogen und an ihm rieben und zerrten – Härtetests, die das Material unversehrt und ohne Leistungseinbußen überstand. „Dies bestätigt die Unempfindlichkeit und Robustheit des PEDOT-CI“, schreibt das Team. In Zukunft könnte das Gewebe in smarter Kleidung zum Einsatz kommen, aber auch kleine, tragbare Geräte wie Armbanduhren oder Aktivitätstracker mit Energie versorgen. (Advanced Materials Technologies, 2019; doi: 10.1002/admt.201800615)

Quelle: University of Massachusetts, Amherst

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