„Smarter Stoff“ lädt Handys und Wearables auf

Mix aus Polymer und Halbleitern nutzt Sonnenenergie und Bewegung. [...]

"Super-Material am Arm": Energie für Wearables (c) Xing Fan
"Super-Material am Arm": Energie für Wearables

Forscher der chinesischen Chongqing University haben einen „smarten Textilstoff“ entwickelt, der den Energiehunger von Handys und Wearable-Geräten stillt. Er besteht aus zwei unterschiedlichen Materialien: günstigen, federleichten Polymerfasern und einer Schicht metallischer Halbleiter. Beides zusammen lässt sich mit herkömmlichen industriellen Maschinen zu einem Stoff verweben, der gerade einmal 0,32 Millimeter dick ist und es erlaubt, Energie durch Sonneneinstrahlung und Körperbewegung zu generieren.

Schicht für Schicht
„Dieser Stoff ist höchst verformbar, atmungsaktiv und kann sich jeder Unebenheit und Kurve der menschlichen Oberfläche und der biomechanischen Bewegung anpassen“, erklärt Xing Fan gegenüber gegenüber „LiveScience“ einige Vorteile. „Man kann es ganz leicht in andere funktionelle Stoffe integrieren oder mit anderen elektronischen Geräten kombinieren, um ein flexibles System zu schaffen, das sich selbst mit Energie versorgen kann“, so Fan.

Das „Super-Material“ wurde in einem Schicht-für-Schicht-Verfahren produziert. Dabei wurden zunächst Polymerfasern mit verschiedenen Materialien überzogen, um kabelartige Solarzellen entstehen zu lassen, die Elektrizität aus Sonnenlicht und „triboelektrischen Nanogeneratoren“ (TENG) erzeugen. „Die TENGs basieren auf dem triboelektrischen Effekt, durch den bestimmte Stoffe elektrisch aufgeladen werden, wenn man sie gegeneinander reibt. Wenn sich diese Materialien berühren, fließen Elektronen von einem zum anderen. Wenn man sie trennt, behält der Stoff, dem die Elektronen zufließen, seine Ladung“, schildert Fan.

Sobald man diese Materialien mit einem Schaltkreis verbindet, fließt automatisch eine geringe Spannung durch sie hindurch, mit der die Ladungsmengen ausgeglichen werden. „Indem man diesen Prozess kontinuierlich wiederholt, ist es möglich, über die wechselnde elektronische Spannung Energie zu produzieren“, stellt Fan klar.

Erfolgreicher Praxistest
Dass ihr Konzept in der Praxis funktioniert, konnten Fan und sein Team demonstrieren. Dabei reichte ein Handschuh-großes Stück des „smarten Stoffes“ bereits aus, um eine elektrisch betriebene Uhr oder ein Handy rein durch das umgebende Sonnenlicht und geringfügige Körperbewegungen mit Strom zu versorgen. Das Ganze soll auch noch sehr langlebig sein. „Auch nach 500 Ladezyklen war kein Leistungseinbruch zu merken“, bestätigt Fan.

Einzig und allein Feuchtigkeit stellt die Forscher noch vor gravierende Probleme. Wenn der Feuchtigkeits-Level des vielversprechenden „Super-Materials“ nämlich von zehn auf 90 Prozent ansteigt, sinkt auch seine elektrische Leistungsfähigkeit auf 73,5 Prozent des Ausgangswertes. „Dieser Stoff kann sein volles Potenzial nur ausspielen, wenn er trocken ist“, gibt der Forscher zu. Weitere Tests sollen aber auch dieses Problem in den Griff bekommen.

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