Thermoelektrisches Elastomer erzeugt Strom aus Körperwärme
Den benötigten Strom für Wearables könnte künftig ein Elastomer erzeugen. Es nutzt dazu die Wärmedifferenz zwischen Körpertemperatur und Umgebungsluft.
Das thermolelektrische Elastomer auf einer Hand erzeugt Strom.
(Bild: Peking University/Screenshot)
Chinesische Wissenschaftler der Peking University haben einen gummiartigen Polymerverbundstoff entwickelt, der Körperwärme in Strom umwandeln kann. Ein Armband aus diesem Material könnte dazu genutzt werden, um ein Wearable zu betreiben, ohne dass dessen Batterie mit einem Ladegerät nachgeladen werden muss. Die Batterie wird dann von dem Elastomer-Armband mit Energie versorgt.
Das von den chinesischen Forschern entwickelte Polymer arbeitet nach dem Prinzip der Thermoelektrizität. Dabei erzeugen Temperaturunterschiede einen elektrischen Strom. Bei leitendem Material, das auf der einen Seite heiß und auf der anderen Seite kalt ist, weisen die Elektronen auf der heißen Seite mehr Energie auf. Sie bewegen sich dann zu der kühleren Seite. Durch den Elektronenfluss wird Strom erzeugt. Je höher der Temperaturunterschied ist, desto größer fällt die Stromerzeugung aus.
Das Elastomer, das die Forscher in der Studie "n-Type thermoelectric elastomers" beschreiben, die in Nature erschienen ist, nutzt den Temperaturunterschied zwischen der Körperwärme von 37 °C und der umgebenden Luft, die herkömmlicherweise eine Temperatur zwischen 20 °C und 30 °C aufweist. Das n-Type-Material kann bis zu 150 Prozent seiner ursprünglichen Länge gedehnt werden und kehrt danach in seine ursprüngliche Form wieder zurück. Darüber hinaus kann es Belastungen aushalten, die es auf bis zu 850 Prozent ausdehnen, bevor das Material reißt. Als n-Type-Thermoelastomere werden solche Elastomere bezeichnet, die ihre Leitfähigkeit auch unter hoher mechanischer Belastung beibehalten können.
Leitfähiges Elastomer
Um die elektrischen Eigenschaften des Elastomers zu verbessern, also es leitfähiger zu machen, ergänzten die Wissenschaftler den Dotierstoff N-DMBI. Der Stoff erhöht die Leitfähigkeit des Materials deutlich. Es kann so effektiver die Wärmedifferenz zwischen der Innen- und Außenseite in Strom umsetzen. Die Innenseite kann durch die Dehnbarkeit des Materials eng an der Haut anliegen und so die Körperwärme effizient aufnehmen. Die Außenseite nimmt die Temperatur der Umgebungsluft an.
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Die Wissenschaftler sehen vielfältige Anwendungsgebiete. So könnten etwa Wearables mit der erzeugten Energie betrieben werden. Für medizinische Anwendungen, etwa Gesundheitsmonitoring, könnte das Material in Kleidung eingebettet oder als Pflaster getragen werden. Auch implantierte Geräte könnten damit dann kontinuierlich mit Strom versorgt werden, meinen die Forscher der Peking University.
(olb)
