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Neue Technologien für mobile Energie |
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| 5. November 2007 Körperwärme verheißt Spannung Thermoelektrische Generatoren (TEGs) sind Halbleiterelemente (sog. Peltier-Elemente), mit denen sich aus Temperaturunterschieden elektrische Energie gewinnen lässt (siehe auch: Energy Harvesting). Bisher waren TEGs nur bei großen Temperaturdifferenzen von mindestens mehreren Zehn Grad zwischen kalter und warmer Umgebung als Stromquelle verwendbar, da bei geringeren Temperaturgefällen die zum Betreiben elektronischer Schaltungen notwendigen Spannungen sich nicht erreichen ließen. Forscher des Fraunhofer-Instituts entwickelten nun Schaltkreise, die bereits mit einer Versorgungsspannung von 200 Millivolt auskommen, wodurch Körperwärme als Stromquelle nutzbar wird. Das Ziel der weiteren Optimierung ist es nun, Schaltungen zu entwickeln, die schon bei 50 Millivolt anspringen. Solche Spannungen könnten bereits aus einem Temperaturunterschied von 0,5 Grad erzielt werden. Als Anwendungen bieten sich zum Beispiel am Körper befestigte Sensoren bzw. aktive RFID-Tags zum mobilen Monitoring von Körperfunktionen an. Als Gerücht muss jedoch die Behauptung gelten, dass besonders heißblütige Menschen mit TEGs ihre Stromrechnung bald drastisch senken könnten. Papierakkus und Supercaps gegen Lachfalten Schon seit einigen Jahren wird an der Entwicklung ultraflacher Folienbatterien und -akkus geforscht, und es wurden auch bereits einige interessante Produktstudien veröffentlicht. Aber erst jetzt scheint richtig Schwung in diesen Markt zu kommen - begünstigt durch neue, nanotechnologische Verfahren auf der einen Seite und sprunghaft steigende Nachfrage auf der anderen. Besonders bemerkenswert erscheint eine Entwicklung des Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, New York. Dabei bestehen die Elektroden aus ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhren (CNTs), die in Zellulose eingeschlossen in Folienform produziert werden. Dieses Kompositmaterial besteht zu über 90% aus Papier, ist papierdick, schwarz, leicht, und es kann bedruckt, gerollt und gefaltet werden. Werden zwei solche Folien miteinander laminiert und die saugfähige Zellulose mit einem Elektrolyt getränkt, erhält man einen Supercap. Wenn jedoch eine der Folien vor der Laminierung mit Lithium bedampft wurde, ist das Resultat ein Akkumulator. Mit ionischer Flüssigkeit (wasserfreie flüssige Salze) als Elektrolyt erreichten die Forscher eine Leistungsdichte von 1,5 kW/kg als Supercap bzw. eine Energiedichte von 110 Ah/kg als Akku. Beeindruckend ist der extrem hohe Arbeitsbereich von ca. -75 bis 150 °C, bedingt durch den niedrigen Schmelzpunkt des wasserfreien Elektrolyts. Mit Erfolg wurden auch natürliche Elektrolyte wie Schweiß, Blut und Urin getestet, was Anwendungen als biokompatible, in den Körper implantierbare Stromquellen möglich erscheinen lässt. Das Forscherteam sucht nun nach Wegen, solche Papierbatterien großtechnisch herzustellen, zum Beispiel drucktechnisch im Rollenoffsetverfahren oder sogar mit handelsüblichen Tintenstrahldruckern. Die Nachfrage nach kleinen, flachen und flexiblen Energieträgern ist groß. Als besonders zukunftsträchtige Märkte werden beispielsweise aktive RFID-Tags, Chip-Karten, E-Paper, Sensoren und medizintechnische Anwendungen angesehen. Allein das Marktvolumen für RFID-Akkus wird auf bis zu 4,6 Milliarden Dollar bis 2015 geschätzt. Auch eher kuriose Anwendungsgebiete für Folienbatterien wurden schon erschlossen. So stellte ein Kosmetikkonzern ein elektrisches Pflaster vor, das mit kleinen Stromstößen Augenfalten mindern soll. Dass Folienbatterien im Gesicht jedoch sympathischer wirken als Lachfältchen, darf bis zum Beweis des Gegenteils bezweifelt werden... © Marc Stenzel
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