Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Körperwärme als Stromquelle

26.08.2016

In Kleidung integrierbare Thermozellen auf Gel-Elektrolyt-Basis nutzen Körperwärme

In Textilien integrierte Elektronik liegt im Trend: Systeme wie das Smartphone-Display im Ärmel oder Sonden für Körperfunktionen in der Sportbekleidung wurden bereits realisiert. Woran es am meisten hapert, ist eine bequeme, ebenfalls „anziehbare“ Stromversorgung.


Umwandlung von Körperwärme in elektrische Energie

(c) Wiley-VCH

Chinesische Wissenschaftler wollen die benötigte Energie jetzt aus überschüssiger Körperwärme beziehen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen sie eine flexible, am Körper tragbare Thermozelle vor, die auf zwei verschiedenen gelartigen Elektrolyten basiert.

Durch Muskelarbeit und Stoffwechsel erzeugt unser Körper ständig Wärme. Ein Teil davon wird einfach über die Haut an die Umgebung abgegeben. Aufgrund der relativ geringen Temperaturunterschiede zwischen den ungefähr 32 °C der Haut und der Umgebungstemperatur ist eine Nutzung der Körperwärme nicht so einfach zu realisieren.

Bisherige thermoelektrische Generatoren, beispielsweise auf Halbleiterbasis, liefern zu wenig Energie, sind kostspielig oder zu zerbrechlich für Systeme, die am Körper getragen werden sollen. Und Thermozellen mit Elektrolytlösungen lassen sich nicht gut zu großflächigen „anziehbaren“ Systemen integrieren. Das Team um Jun Zhou von der Huazhong University of Science and Technology (Wuhan, China) hat eine Lösung für dieses Problem gefunden: Thermozellen mit Elektrolyten auf Gelbasis.

Die Forscher nutzen dabei einen thermogalvanischen Effekt: Werden zwei Elektroden, die sich im Kontakt mit einer Elektrolytlösung – oder einem Elektrolytgel – auf unterschiedlicher Temperatur gehalten, baut sich eine Potentialdifferenz auf. Die Ionen eines Redoxpaares im Elektrolyten können rasch zwischen zwei verschiedenen Ladungszuständen wechseln, indem sie an den Elektroden Elektronen aufnehmen bzw. abgeben.

Um dies zur Gewinnung von Strom zu nutzen, kombinierten die Wissenschaftler zwei Typen von Zellen mit unterschiedlichen Redoxpaaren miteinander. Jede Zelle besteht aus zwei winzigen Metallplättchen als Elektroden, dazwischen befindet sich das Elektrolygel. Zelltyp 1 enthält das Redoxpaar Fe2+/Fe3+, Zelltyp 2 die Komplexionen [Fe(CN)6]3−/[Fe(CN)6]4−. Die Wahl der Redoxpaare bewirkt, dass bei einer Temperaturdifferenz auf der kalten Seite in Zelltyp 1 ein negatives Potential entsteht, in Typ 2 dagegen ein positives.

Die Forscher arrangierten eine Vielzahl der beiden Zelltypen zu einem Schachbrettmuster. Je zwei benachbarte Zellen wurden alternierend oben und unten von einem gemeinsamen Metallplättchen bedeckt und somit alle Zellen in Reihe geschaltet. Dieses „Schachbrett“ integrierten sie in einen Handschuh.

Wird er angezogen, entsteht die erwünschte Temperaturdifferenz zwischen oberen und unteren Metallplättchen. Dadurch entsteht eine elektrische Spannung zwischen benachbarten Zellen, die sich aufsummiert. So ließe sich Strom zur Versorgung eines Geräts oder zur Aufladung eines Akkus gewinnen.

Bei einer Umgebungstemperatur von 5 °C konnten etwa 0,7 V Spannung sowie eine Leistung von etwa 0,3 µW erreicht werden. Eine Reihe von Optimierungen soll nun die Leistung auch bei geringeren Temperaturdifferenzen verbessern.

Angewandte Chemie: Presseinfo 30/2016

Autor: Jun Zhou, Huazhong University of Science and Technology (China), mailto:jun.zhou@mail.hust.edu.cn

Link zum Originalbeitrag: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201606314

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ventile für winzige Teilchen
23.05.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Advanced Materials: Glas wie Kunststoff bearbeiten
18.05.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien

23.05.2018 | Physik Astronomie

Invasive Quallen: Strömungen als Ausbreitungsmotor

23.05.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie

23.05.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics