Leibniz-IPHT / ITP / E.CIMA: Smarte Textilien...
Leibniz-IPHT / ITP / E.CIMA

Smarte Textilien zur Stromerzeugung

Smart Textiles: Abstandsgewirke mit thermoelektrischer Beschichtung für Temperatursensorik, Energiegewinnung und aktive Kühlung (Quelle: Leibniz-IPHT)
Smart Textiles: Abstandsgewirke mit thermoelektrischer Beschichtung für Temperatursensorik, Energiegewinnung und aktive Kühlung (Quelle: Leibniz-IPHT)

Forschende des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien entwickeln eine auf Textilien basierende autarke Energieversorgung. In Zukunft sollen sich mobile und nah am Körper getragene elektronische Geräte noch einfacher mit Energie versorgen lassen, auch wenn keine externe Stromversorgung zur Verfügung steht.

Smarte Textilien nutzen hierzu die abgegebene menschliche Körperwärme und wandeln sie in Strom um. Ihre zudem kühlenden Eigenschaften machen die neuartigen Materialien für sicherheitsrelevante Anwendungen interessant und sorgen gleichzeitig für erhöhten Tragekomfort und gesteigertes Wohlbefinden.

Am Köper getragene miniaturisierte elektronische Geräte, sog. Wearables, überprüfen Vitalfunktionen, zählen Schritte oder informieren über Verkehr und Wetter. Um diese technischen Begleiter kontinuierlich mit Strom zu versorgen, entwickelte des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), Jena, gemeinsam mit der ITP GmbH, Weimar, und dem Textilhersteller E. CIMA, Sabadell/Spanien, ein Material, das unabhängig von externen Stromquellen die benötigte Energie liefert: Moderne, intelligente Textilien wandeln Körperwärme unter Nutzung thermoelektrischer Effekte in Strom um, der in einem Akku gespeichert werden kann.

Für die Energieerzeugung nutzt das Leibniz-IPHT thermoelektrische Generatoren, die die körpereigene Wärme in elektrische Energie umwandeln (Seebeck-Effekt). 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 wurden thermoelektrische Effekte mit Leistungen von bis zu 0,2 μW gemessen. Der erzeugte Strom ließe sich in einem Akku speichern, der den Energiebedarf von elektronischen Geräten für Gesundheit oder Sport deckt. Damit wird die Energieversorgung von Geräten autark.

Der thermoelektrische Effekt kann außerdem auch für die Kühlung mittels elektrischer Energie genutzt und so für Kühlanwendungen und zur Temperaturregulierung eingesetzt werden (Peltier-Effekt). Ein mögliches Anwendungsgebiet könnte z.B. die Stahlindustrie sein: An Hochöfen sind Arbeiterinnen und Arbeiter großer Wärmeentwicklung ausgesetzt.

Bei Versuchen konnte durch Peltier-Kühlung ein Temperaturunterschied von bis zu 12 °C nachgewiesen werden, was für textile thermoelektrische Elemente einmalig ist.

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