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 Materialwissenschaft: Widerstand wächst auch im Vakuum
22.06.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Schnell, berührungslos: Dehnungsmessverfahren für thermisch-mechanisch hoch belastete Werkstoffe
20.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie

Innovative High Power LED Light Engine für den UV Bereich

22.06.2017 | Physik Astronomie

Wie Menschen Schäden an Gebäuden wahrnehmen

22.06.2017 | Architektur Bauwesen