Strom für Wearabels Nanomaterialien zum Gewinnen und Speichern von Energie nutzen

Immer mehr Wearables am Körper messen verschiedene Vitalparameter. Doch sie müssen mit Energie versorgt werden. Wissenschaftler untersuchen die speziellen Eigenschaften von Nanomaterialien für den Einsatz als Stromversorgung in den kleinen Mobilgeräten.

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Energie für Wearables: Forscher untersuchen die Eigenschaften von Nanomaterialien, um Energie für Wearables zu erzeugen und zu speichern.
Energie für Wearables: Forscher untersuchen die Eigenschaften von Nanomaterialien, um Energie für Wearables zu erzeugen und zu speichern.
(Bild: © Robert Kneschke – adobe.stock.com)

Wearables sind kleine elektronische Geräte, die man direkt am Körper trägt. In den letzten Jahren sind sie immer kleiner und komplexer geworden. Beliebt sind sie bei der täglichen Fitness und überwachen Puls und Sauerstoffsättigung, aber auch zur Datenerfassung und in der Kommunikation. Laut der GfK wurde im Jahr 2021 in Deutschland mit dem Verkauf von Wearables ein Umsatz von rund 1,35 Mrd. Euro erzielt [1].

Für die Entwickler dieser elektronischen Geräte wird dabei die Stromversorgung immer mehr zu einer technischen Herausforderung. Der Einsatz von Wearables hängt im Wesentlichen von der Energiegewinnung und der -speicherung der tragbaren Geräte ab. Wissenschaftler der Pusan National University aus Südkorea untersuchen sogenannte Nanomaterialien und ihre Zusammensetzung zu makroskopischen Strukturen. Dadurch werden Wearables nicht nur flexibler, sondern es lässt sich die für den Betrieb erforderliche Energie durch verschiedene Mechanismen gewinnen und erzeugen.

Energie während der Bewegung erzeugen

Man kennt verschiedene Arten, Energie in Wearables zu sammeln und in Energie umzuwandeln. Zu den vielversprechendsten Mechanismen gehören biochemische Energiesammler, die Energie aus der natürlichen Bewegung des Menschen gewinnen. Hier spricht man auch von Energy Harvesting. Diese biothermischen Energiesammler erzeugen die Energie aus der Körperwärme oder sind mit tragbaren Solarzellen verbunden.

Doch wie lässt sich die Energie speichern? Möglich sind neben der Akku-Technik auch Superkondensatoren oder aber Hybridgeräte. Letztere kombinieren mehrere Formen der Energiegewinnung und -speicherung in einem Paket.

Die Strukturen der Nanomaterialien

Stromversorgung mit Nanomaterialien: Sie lassen sich zu skalierbaren Makrostruktruen zusammenführen.
Stromversorgung mit Nanomaterialien: Sie lassen sich zu skalierbaren Makrostruktruen zusammenführen.
(Bild: Pusan National University)

Die Wissenschaftler haben in ihrer Arbeit eine Übersicht erstellt, die sich insbesondere auf die verschiedenen Arten von Nanomaterialien in 1D-, 2D- und 3D-Strukturen konzentriert. Dabei gehen die Forscher auch die wichtigen Vorteile sowie die Grenzen der einzelnen Materialien ein.

„Unser umfassender Überblick über Nanomaterialien und ihren Eigenschaften, der Herstellungsprozesse sowie das verbesserte strukturelle Design soll helfen, praktikable Energiesysteme in Wearables zu integrieren“, sagt Dr. Ha Beom Lee von der Nationalen Universität Pusan in Korea.

Dank ihrer Arbeit sollen sich künftig Wearables aber auch Smartphones, Smartwatches oder Sensoren für die Haut günstiger und flexibler gestalten lassen. Doch die Arbeit legt erst die Grundlagen. Mit weiteren Studien sollen „sich Materialien, Strukturen und Prozesse verfeinern lassen, um sie auf spezifische Anwendungen zuschneiden zu können. Immer mit dem Ziel, einen zuverlässigen Betrieb der tragbaren Elektronik zu gewährleisten“, sagt Dr. Lee abschließend.

Abstract des Papers (Englisch)

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Referenz

gfu. (3. März, 2022). Umsatz mit dem Verkauf von Wearables in Deutschland in den Jahren 2014 bis 2021 (in Millionen Euro) [Graph]. In Statista. Zugriff am 28. März 2022,

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