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Was haben Kleidung und Stromspeicher miteinander gemeinsam? Eigentlich nichts. Dennoch haben US-Forscher besondere Fäden entwickelt, mit denen sie intelligente Kleidung mit Strom versorgen können. Schon heute gibt es Sportbekleidung und auch Kampfanzüge beim Militär, wo Lithium-Ionen-Akkus und Knopfzellen bestimmte Sensoren, beispielsweise zur Messung von Blutdruck oder Pulsschlag, mit Energie versorgen. Für diese Kleidung wird der Begriff Wearables verwendet. Des Weiteren lassen sich auch Applikationen wie zum Beispiel Displays und Funkmodule in Textilien integrieren. Sie werden als Smart-Clothes bezeichnet. Auch hierbei ist man wieder auf Batterien angewiesen. Neuerdings ist man jedoch in der Lage, aus Leinenfasern, Bambus und Viskose flexible Kondensatoren zu entwickeln, die nicht nur Strom speichern können, sondern sich sogar mit einer Strickmaschine verarbeiten lassen.
Einen effizienten Energiespeicher in Kleidung integrieren
Zukünftig wird tragbare Elektronik von einer effizienten Energiespeicherung in der Kleidung abhängig gemacht, so Yuruy Gogotsi, der zusammen mit dem Militär auf der United States Naval Academy in Annapolis eine neuartige Komposit-Faser entwickelt hat. Um eine hohe Speicherkapazität zu erreichen, werden poröse Mikropartikel aus Aktivkohle verwendet. Diese werden über ein chemisches Verfahren in die Oberflächen von Baumwolle, Leinen, Viskose oder Bambus eingelagert. Je nach Temperatur, Druck und Konzentration der chemischen Lösung konnten die Aktivkohle-Partikel unterschiedlich stark in die Fasern eingebracht werden. Bei optimalen Bedingungen erhält man dicke, strickbare Garne, mit denen Kleidungsstücke erstellt werden können.
Beste Speicherergebnisse erzielt Baumwolle
Mit 37,2 Millifarad je Zentimeter Fadenlänge bietet Baumwolle die höchste Speicherkapazität. Leider lassen sich diese Garne nicht ohne Schaden mit einer Strickmaschine weiterverarbeiten. Hierfür sind die Baumwollfasern insgesamt etwas zu kurz. Wesentlich besser verarbeitet werden können Leinen- und Bambusfasern. Sie erreichen jedoch insgesamt nur eine Speicherkapazität von sechs bis 12 Millifarad je Zentimeter. Erste Prototypen der gestrickten Kondensatoren konnten die Wissenschaftler schon bis zu 3000mal laden und entladen. Insgesamt reduzierte sich die Kapazität nur um ein knappes Viertel. Die Versuche zeigen jedoch, dass sich gestrickte Komposit-Garne durchaus als Stromspeicher eignen. Momentan wird noch versucht, die Qualität der Garne zu verbessern, so dass diese mit Strickmaschinen leichter für die Massenfertigung geeignet sind.
Auch Stromgeneratoren können in Kleidung integriert werden
Neben stromspeichernden Garnen gibt es mehrere Arbeitsgruppen, die versuchen, in Kleidung Stromgeneratoren zu integrieren. Chinesische Forscher der Fudan Universität in Shanghai haben eine verwebbare Solarfaser entwickelt, die in der Lage ist, Sonnenlicht mit einem Wirkungsgrad von rund 2% in Strom zu verwandeln. Diese Fasern basieren auf lichtaktiven Polymeren, Titandioxid-Partikeln und mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Interessant sind auch piezoelektrische Fasern, die durch Bewegung Strom erzeugen. Insgesamt liegen die Stromstärken jedoch nur im Milliwatt-Bereich.
Das Anwendungsfeld bietet eine große Dynamik
Die multifunktionellen, elektronischen Textilien, die mit einer autarken Stromversorgung ausgestattet sind, bieten eine interessante Zukunft. Insgesamt weist das Forschungsgebiet noch viel Dynamik auf. Die Minikraftwerke müssen zukünftig jedoch eine deutlich höhere Stromausbeute bieten. Aber auch die Kapazitäten der Stromspeicherfasern können noch weiter gesteigert werden. Das Militär hat schon jetzt reges Interesse an diesen Textilien. So ist es auch nicht verwunderlich, dass die weitere Entwicklung der gestrickten Stromspeicher auch von der amerikanischen Luftwaffe gefördert wird. Man darf gespannt sein, wie sich die Entwicklung auch auf den privaten Bereich auswirkt.
Bildquelle: © BirgitH / pixelio – www.pixelio.de