Intelligente Textilien Forscher entwickeln Kleidung die Wearables mit Strom versorgt

Am Leibniz-Institut in Jena werden smarte Materialien entwickelt, welche die Körperwärme ihrer Träger zum Aufladen von Wearables nutzbar macht. Zudem verfügen die Textilien über kühlende Eigenschaften. Welchen Effekt die Forscher zur Energieerzeugung verwenden.

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Das smarte Material wandelt mithilfe thermoelektrischer Generatoren die körpereigene Wärme in elektrische Energie um. Laut den Forschenden könnten Wearables zukünftig völlig autark vom Stromnetz über die Kleidung versorgt werden.
Das smarte Material wandelt mithilfe thermoelektrischer Generatoren die körpereigene Wärme in elektrische Energie um. Laut den Forschenden könnten Wearables zukünftig völlig autark vom Stromnetz über die Kleidung versorgt werden.
(Bild: Leibniz-IPHT)

Forschende des Leibniz-Instituts für photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben gemeinsam mit einem Team der ITP GmbH aus Weimar und dem Textilhersteller E.cima aus Spanien ein Material entwickelt, welches Strom erzeugt, wenn es am Körper getragen wird. „Flexibel, bedarfsgerecht und umweltfreundlich können diese smarten Gewebe mobile Geräte wie Smartwatches und Fitness-Armbänder oder für Gesundheitsanwendungen autark mit Energie versorgen“, fasst Dr. Jonathan Plentz, Arbeitsgruppenleiter für photonische Dünnschichtsysteme am Leibniz-IPHT, die Ziele des Projekts zusammen. So können beispielsweise Vitalfunktionen ohne Unterbrechungen aufgezeichnet werden. Zudem kann die Technologie auch zur Kühlung genutzt werden. In Versuchen wurde bereits ein Temperaturunterschied von bis zu 12 °C gemessen.

Erzeugter Strom deckt den Bedarf von Wearables

Für die Energieerzeugung nutzen die Jenaer Forscher thermoelektrische Generatoren, welche Körperwärme in elektrische Energie umwandeln, was auch als ‚Seebeck-Effekt‘ bezeichnet wird. Dafür werden auf textilen Geweben Dünnfilmbeschichtungen in Form von aluminiumdotiertem Zinkoxid (Al:ZnO) als thermoelektrische Funktionsschicht aufgebracht. Durch Temperaturunterschiede zwischen der Hautoberfläche des Nutzers und der Umgebungstemperatur oder mittels Industrieabwärme konnten die Forschenden thermoelektrische Effekte mit Leistungen von bis zu 0,2 μW messen.

Laut der Projektleiterin Dr. Gabriele Schmid ist der so erzeugte Strom ausreichend, um Wearables autark zu versorgen. Den Forschenden ist es dabei nicht nur gelungen, die Energie zu erzeugen, sondern diese auch in einem Akku zu speichern.

Aktive Kühlung für Stahlarbeiter und Polizisten?

Der thermoelektrische Effekt kann auch für die Kühlung mittels elektrischer Energie genutzt und so für aktive Kühlanwendungen eingesetzt werden, was auch als ‚Peltier-Effekt‘ bezeichnet wird. Bei Versuchen konnte durch Peltier-Kühlung ein Temperaturunterschied von bis zu 12 °C nachgewiesen werden, was laut dem Projektteam für textile thermoelektrische Elemente einmalig sei. Anders als bei anderen kühlenden Textilien kann dieser Effekt aktiv und präzise gesteuert werden.

Ein mögliches Anwendungsgebiet sieht Plentz in der Stahlindustrie: „An Hochöfen sind Arbeiter großer Wärmeentwicklung ausgesetzt. Schon nach kurzer Zeit steigt die Körpertemperatur durch die umgebende Hitze deutlich. Zudem zeichnen sich die Materialien durch Luftdurchlässigkeit, Leichtigkeit und Flexibilität aus, was zusätzlichen Komfort in herausfordernden Arbeitsumgebungen bietet.“ Daher könnten die smarten Materialien auch für Einsatzkräfte von Polizei und Feuerwehr interessant sein.

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