Energy Harvesting: Microgrid im Hemd erzeugt und speichert Strom

Künftig muss vor dem Sport die Smartwatch oder der MP3-Player nicht aufgeladen werden. Das T-Shirt liefert beim Laufen oder Radfahren den Strom.

Artikel veröffentlicht am 11. März 2021, 12:23 Uhr, Werner Pluta

T-Shirt mit Microgrid: Strom aus Schweiß und Bewegung (Bild: UCSD)

Ein persönliches Stromnetz für unterwegs hat ein Team der Universität von Kalifornien in San Diego (UCSD) entwickelt. Es generiert Strom durch Bewegungen und speichert ihn. Mit dem Strom könnten mobile Geräte wie etwa eine Smartwatch betrieben werden.

Wearable Microgrid nennt die Gruppe um Joseph Wang ihre Entwicklung, die sie in der Fachzeitschrift Nature beschreibt. Es besteht aus einem T-Shirt, aus zwei verschiedene Typen Stromgeneratoren sowie Superkondensatoren als Speicher, die im Siebdruckverfahren aufgebracht werden. Die Komponenten sind flexibel und waschbar.

Reiben erzeugt Strom

An den Unterarmen und der Taille sind triboelektrische Generatoren angebracht, die Energie aus Bewegung in Strom umwandeln. Sie bestehen aus einem negativ geladenen Material am Unterarm und einem positiv geladenen Material am Oberkörper. Wenn beim Gehen oder Laufen die Arme schwingen, reiben diese Stücke aneinander. Dabei wird Strom erzeugt, der in den Kondensator gespeichert wird.

Innen im Brustbereich des Shirts sind sogenannte Biobrennstoffzellen angebracht. Sie sind mit Enzymen ausgestattet, die einen Elektronenaustausch zwischen Milchsäure- und Sauerstoffmolekülen im menschlichen Schweiß anregen. Wangs Team hatte diese Zellen 2013 vorgestellt.

Triboelektrische Generatoren und Biobrennstoffzellen liefern unterschiedliche Arten von Strom: Erstere erzeugen kurze Impulse mit hoher Spannung, Letztere liefern kontinuierlich Strom, aber mit einer niedrigen Spannung. Die Superkondensatoren, die außen in Höhe der Brust angebracht sind, dienen hier zur Regelung: Sie speichern den Strom aus beiden Quellen für eine kurze Zeit und stellen eine stabile Spannung bereit.

Das Team hat das Strom-Shirt einer Testperson angezogen. Die musste zuerst 10 Minuten laufen oder Fahrrad fahren. Anschließend ruhte sie 20 Minuten. Während dieser halben Stunde konnte das Wearable Microgrid eine LCD-Armbanduhr oder ein kleines elektrochromes Display mit Strom versorgen.

Energie aus der Umgebung wird in Strom gewandelt

Energy Harvesting werden solche Verfahren genannt, mit denen Strom aus der unmittelbaren Umgebung generiert wird. Viele Quellen können die Energie liefern, die in Strom gewandelt wird, beispielsweise Abwärme, Bewegungen des Körpers, Regentropfen und sogar Schallwellen.

"Wir nutzen das Konzept des Microgrids, um Wearables zu entwickeln, die nachhaltig, zuverlässig und unabhängig mit Energie versorgt werden", sagte Projektmitarbeiterin Lu Yin. "Genau wie ein städtisches Microgrid eine Vielzahl von lokalen, erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne integriert, integriert ein Wearable Microgrid Systeme, die lokal Energie aus verschiedenen Teilen des Körpers, wie Schweiß und Bewegung, ernten und speichern."