Wissenschaftler der Nanyang Technological University in Singapur (NTU Singapore) haben eine weiche und dehnbare Batterie entwickelt, die mit menschlichem Schweiß betrieben wird.
Der Batterie-Prototyp besteht aus gedruckten Silberflocken-Elektroden, die in Gegenwart von Schweiß Strom erzeugen. Die Batterie ist 2 x 2 cm groß und so flach wie ein kleiner Papierverband. Sie ist auf einem flexiblen und schweißabsorbierenden Textil befestigt, das dehnbar ist und an tragbaren Geräten wie Uhren, Armbändern oder Armbändern befestigt werden kann.
Um seine potenzielle Verwendung beim Einbau in tragbare Biosensoren und andere elektronische Geräte zu demonstrieren, testete das Wissenschaftlerteam ihr Gerät mit künstlichem menschlichem Schweiß.
In einem separaten Versuch berichtete das Team, dass eine Person, die die Batterie um das Handgelenk trug und 30 Minuten lang auf einem stationären Fahrrad radelte, eine Spannung von 4.2 V und eine Ausgangsleistung von 3.9 mW erzeugen konnte, die ausreichten, um einen handelsüblichen Temperatursensor zu betreiben Gerät und sendet die Daten kontinuierlich per Bluetooth an ein Smartphone.
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 als nachhaltigere Alternative zur Reduzierung von schädlichem Elektroschrott dient, spiegelt das Engagement von NTU wider, Lösungen zu finden, um unsere Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern. Dies ist eine der vier großen Herausforderungen der Menschheit, die die NTU im Rahmen des strategischen Plans der NTU 2025 anzugehen versucht.
Der Materialwissenschaftler Professor Lee Pooi See und Dekan des NTU Graduate College, der die Studie leitete, sagten: „Unsere Technologie läutet einen bisher unerreichten Meilenstein im Design tragbarer Geräte ein. Indem wir uns ein allgegenwärtiges Produkt, den Schweiß, zunutze machen, könnten wir nach einer umweltfreundlicheren Möglichkeit suchen, tragbare Geräte mit Strom zu versorgen, die nicht auf herkömmliche Batterien angewiesen sind. Es ist eine nahezu garantierte Energiequelle, die unser Körper produziert. Wir gehen davon aus, dass der Akku alle möglichen tragbaren Geräte mit Strom versorgen kann.“
Dr. Lyu Jian, ein Forschungsstipendiat von der NTU School of Materials Science and Engineering, sagte: „Herkömmliche Batterien sind billiger und verbreiteter denn je, aber sie werden oft aus nicht nachhaltigen Materialien hergestellt, die für die Umwelt schädlich sind. Sie sind auch potenziell schädlich für tragbare Geräte, bei denen eine kaputte Batterie giftige Flüssigkeiten auf die menschliche Haut spritzen könnte. Unser Gerät könnte eine echte Möglichkeit bieten, auf diese giftigen Materialien vollständig zu verzichten.“
Die nicht an der Forschung beteiligte Associate Professor Irene Goldthorpe vom Department of Electrical and Computer Engineering der University of Waterloo, Kanada, hob die Bedeutung der Arbeit des NTU-Forschungsteams hervor und sagte: „Es ist bekannt, dass Elektronik mag keine Feuchtigkeit und daher sind tragbare Geräte in der Regel vollständig gekapselt, um sie vor Schweiß zu schützen. Diese Arbeit macht Schweiß von einem Hindernis zu einem Vorteil und zeigt, dass es die Leitfähigkeit von gedruckten Verbindungen verbessern und sogar Schweiß als Elektrolyt in einer tragbaren, biegsamen Batterie verwenden kann. Dies könnte ein neues Paradigma im Design tragbarer Elektronik eröffnen.“
Die Energieversorgung von Batterien neu definiert
Die von NTU hergestellte Batterie wird hergestellt, indem Tinte mit Silberflocken und hydrophilem Poly(urethan-Acrylat) (HPUA), die als Batterieelektroden fungieren, auf ein dehnbares Textil gedruckt wird.
Wenn die Silberflocken mit Schweiß in Kontakt kommen, verklumpen die Flocken aufgrund ihrer Chloridionen und ihres Säuregehalts und erhöhen ihre Fähigkeit, Elektrizität zu leiten. Durch diese chemische Reaktion fließt auch ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden (siehe Video).
Wenn das Batteriematerial gedehnt wird, verringert sich dessen Widerstand weiter, sodass es auch bei Belastungen verwendet werden kann, beispielsweise beim Training.
Da das dehnbare Textil sehr saugfähig ist, hält es viel Schweiß zurück, sodass der Akku auch bei ungleichmäßigem Schwitzen mit Strom versorgt wird. Dies ist wichtig für ein konsistentes Funktionieren, da die Menge des abgesonderten menschlichen Schweißes variabel ist und von der Körperregion, in der er sich befindet, den Umgebungsbedingungen und der Tageszeit abhängt.
Prof. Lee fügte hinzu: „Unser Gerät könnte haltbarer sein als die aktuelle Technologie, da wir gezeigt haben, dass es den Belastungen durch die täglichen Aktivitäten eines Trägers und wiederholter Belastung durch Stress oder Schweiß standhalten kann.
„Die schlanke Größe unseres Akkus löst auch zwei Probleme in tragbar tech: Herkömmliche Knopfbatterien sind ein Problem, um eine schlanke Ästhetik zu erzielen, die für Verbraucher attraktiv ist, während dünnere Batterien die Fähigkeit des Artikels verringern, genügend Ladung zu tragen, um den ganzen Tag über zu halten.“
Die Forscher planen, die Auswirkungen anderer Bestandteile des menschlichen Schweißes weiter zu untersuchen und wie Faktoren wie die Körperwärme die Leistung der Batterie beeinflussen können.
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