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#Produkttrends
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Dehnbarer, schweißbetriebener Akku für tragbare Technologie
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Wissenschaftler der Nanyang Technological University, Singapur (NTU Singapur) haben eine weiche und dehnbare Batterie entwickelt, die durch menschlichen Schweiß betrieben wird. Der Prototyp der Batterie besteht aus gedruckten Silberplättchen-Elektroden, die in Gegenwart von Schweiß Strom erzeugen. Die Batterie ist 2 cm mal 2 cm groß und so flach wie ein kleiner Papierverband. Sie ist auf einem flexiblen und schweißabsorbierenden Textil angebracht, das dehnbar ist und an tragbaren Geräten wie Uhren, Armbändern oder Armschlaufen befestigt werden kann
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Um zu demonstrieren, dass es in tragbare Biosensoren und andere elektronische Geräte integriert werden kann, testete das Wissenschaftlerteam sein Gerät mit künstlichem menschlichem Schweiß.
In einem separaten Versuch berichtete das Team, dass eine Person, die die Batterie am Handgelenk trug und 30 Minuten lang auf einem stationären Fahrrad fuhr, eine Spannung von 4,2 V und eine Ausgangsleistung von 3,9 mW erzeugen konnte, die ausreichte, um ein handelsübliches Temperatursensorgerät zu betreiben und die Daten kontinuierlich über Bluetooth an ein Smartphone zu senden. Die Batterie enthält keine Schwermetalle oder giftigen Chemikalien im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien, die oft aus nicht nachhaltigen und umweltschädlichen Materialien hergestellt werden.
Die Entwicklung der schweißbetriebenen Batterie, die eine nachhaltigere Alternative zur Verringerung von schädlichem Elektronikmüll darstellt, spiegelt das Engagement der NTU wider, Lösungen zu finden, die unsere Auswirkungen auf die Umwelt verringern. Dies ist eine der vier großen Herausforderungen der Menschheit, die die NTU im Rahmen ihres Strategieplans NTU 2025 angehen will.
Der Materialwissenschaftler Professor Lee Pooi See und Dekan des NTU Graduate College, der die Studie leitete, sagte: "Unsere Technologie läutet einen bisher unerreichten Meilenstein bei der Entwicklung von tragbaren Geräten ein. Indem wir uns ein allgegenwärtiges Produkt, den Schweiß, zunutze machen, könnten wir eine umweltfreundlichere Art der Energieversorgung für tragbare Geräte finden, die nicht auf herkömmliche Batterien angewiesen ist. Es handelt sich um eine nahezu garantierte Energiequelle, die von unserem Körper produziert wird. Wir gehen davon aus, dass die Batterie in der Lage sein wird, alle Arten von tragbaren Geräten mit Strom zu versorgen
Die Studie wurde im Juli in der von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift Science Advances veröffentlicht. Über die Unternehmens- und Innovationsgesellschaft NTUitive der NTU wurde auch ein Patent für die schweißbetriebene Batterie angemeldet.
Dr. Lyu Jian, Forschungsstipendiat an der School of Materials Science and Engineering der NTU und Mitautor der Studie, sagte: "Herkömmliche Batterien sind billiger und weiter verbreitet als je zuvor, aber sie werden oft aus nicht nachhaltigen und umweltschädlichen Materialien hergestellt. Auch in tragbaren Geräten sind sie potenziell schädlich, da eine defekte Batterie giftige Flüssigkeiten auf die menschliche Haut bringen könnte. Unser Gerät könnte eine echte Chance bieten, auf diese giftigen Materialien ganz zu verzichten."
Associate Professor Irene Goldthorpe von der Abteilung für Elektro- und Computertechnik der University of Waterloo, Kanada, die nicht an der Forschung beteiligt ist, unterstrich die Bedeutung der Arbeit des NTU-Forschungsteams: "Es ist bekannt, dass Elektronik keine Feuchtigkeit verträgt, und daher sind tragbare Geräte normalerweise vollständig gekapselt, um sie vor Schweiß zu schützen. Diese Arbeit verwandelt Schweiß von einem Hindernis in einen Vorteil, indem sie zeigt, dass er die Leitfähigkeit von gedruckten Verbindungen verbessern und sogar Schweiß als Elektrolyt in einer tragbaren, biegbaren Batterie verwenden kann. Dies könnte ein neues Paradigma für das Design von tragbarer Elektronik eröffnen
Die von der NTU hergestellte Batterie wird hergestellt, indem Tinte mit Silberflocken und hydrophilem Poly(urethan-acrylat) (HPUA), die als Batterieelektroden dienen, auf ein dehnbares Textil gedruckt wird. Wenn die Silberplättchen mit Schweiß in Berührung kommen, verklumpen sie aufgrund der Chloridionen und des Säuregehalts des Schweißes, was ihre Fähigkeit, Strom zu leiten, erhöht. Diese chemische Reaktion bewirkt auch, dass zwischen den Elektroden ein elektrischer Strom fließt (siehe Video).
Wenn das Batteriematerial gedehnt wird, sinkt sein Widerstand noch weiter, so dass es auch dann verwendet werden kann, wenn es einer Belastung ausgesetzt ist, z. B. wenn der Benutzer Sport treibt. Da das dehnbare Textil sehr saugfähig ist, speichert es viel Schweiß, so dass die Batterie auch bei unregelmäßigem Schwitzen mit Strom versorgt wird. Dies ist wichtig für eine gleichbleibende Funktion, da die Menge des menschlichen Schweißes variabel ist und von der Körperregion, den Umgebungsbedingungen und der Tageszeit abhängt.
Prof. Lee fügte hinzu: "Unser Gerät könnte langlebiger sein als die derzeitige Technologie, da wir gezeigt haben, dass es den Belastungen durch die täglichen Aktivitäten des Trägers und der wiederholten Belastung durch Stress oder Schweiß standhalten kann. Die schlanke Größe unserer Batterie löst außerdem zwei Probleme bei tragbaren Technologien: Herkömmliche Knopfbatterien sind ein Problem für die schlanke Ästhetik, die für die Verbraucher attraktiv ist, während dünnere Batterien die Fähigkeit des Geräts verringern, genügend Ladung für den ganzen Tag zu speichern
Die Forscher planen, die Auswirkungen anderer Bestandteile des menschlichen Schweißes weiter zu erforschen und zu untersuchen, wie Faktoren wie die Körperwärme die Leistung der Batterie beeinflussen können.