Die erste waschbare Batterie ist da

Smarte Textilien gewinnen an Bedeutung. Vor allem in der Medizin sind sie unter anderem interessant als Träger von Biosensoren. Wie praktisch wären T-Shirts, Hemden & Co., die während des Tragens die Herzfrequenz messen. Oder zahlreiche Biosensoren senden sogar Daten an eine externe Cloud, wo künstliche Intelligenz (KI) umfangreiche Auswertungen vornimmt.

In all diesen Bereichen feiert die Forschung bereits Erfolge. Wie schnell und umfangreich entsprechende Ideen in der Praxis umgesetzt werden, hängt oftmals von einer geeigneten Energieversorgung ab. Denn wer mag schon ein T-Shirt tragen, bei dem der Akku an der Haut scheuert – und wie soll das beim Waschen der Kleidung funktionieren? Klar ist: Wie gut sich intelligente Kleidung verbreitet, wird auch davon abhängen, wie bequem und praktisch sie ist. Kanadische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der University of British Columbia (UBC) haben dafür einen wichtigen Schritt gemacht: Sie haben eine Batterie entwickelt, die flexibel gedreht werden kann und sogar in die Waschmaschine darf.

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Die waschbaren Batterien lassen sich biegen und dehnen

„Tragbare Elektronik ist ein großer Markt, und dehnbare Batterien sind für ihre Entwicklung unerlässlich“, sagt Ngoc Tan Nguyen, Postdoktorand an der Fakultät für angewandte Wissenschaften der UBC. „Bislang waren dehnbare Batterien jedoch nicht abwaschbar. Dies ist eine wesentliche Ergänzung, wenn sie den Anforderungen des täglichen Gebrauchs standhalten sollen.“

Bei normalen Akkus ist das kaum möglich. Sie sind nämlich im Inneren mit Schichten aus harten Materialien ausgestattet und zusätzlich von einer mehr oder weniger starren Hülle umgeben. Die Forschenden von der UBC haben für ihre flexible Batterie die Schlüsselverbindungen – in diesem Fall Zink und Mangandioxid – in kleine Stücke zerteilt und diese in einen gummiartigen Kunststoff (Polymer) eingebettet. Der Kunststoff lässt sich biegen.

Smarte Kleidung: Wenn das T-Shirt das Herz überwacht

Im Ergebnis ist eine Batterie entstanden, die aus mehreren ultradünnen Schichten dieser Polymere besteht. Trotz der bereits vorhandenen Schutzfunktion des Kunststoffs haben sie die Schichten erneut mit demselben Polymer als Gehäuse umgeben. Das war wichtig, um eine luft- und wasserdichte Versiegelung zu erreichen. Der Akku garantiert nun durch seine Formbarkeit ein großes Maß an Bequemlichkeit, während der Kunststoff das Innenleben vor äußeren Einflüssen schützt. Die Batterie ist in der Form sehr flexibel. Sie kann sogar auf das Doppelte ihrer normalen Länge gedreht oder gestreckt werden, ohne an Funktionsfähigkeit einzubüßen.

Die waschbare Batterie im Praxistest

Der Doktorand Bahar Iranpour wollte es nicht bei der Theorie belassen. Er erzählt: „Wir haben unsere Prototypen einem echten Waschgang unterzogen, sowohl in privaten als auch in gewerblichen Waschmaschinen. Sie waren intakt und funktionstüchtig, und daher wissen wir, dass diese Batterie wirklich widerstandsfähig ist.“ 39 Waschzyklen habe die waschbare Batterie unbeschadet überstanden, und die Forschenden sind überzeugt: Da geht noch mehr. Sie arbeiten jetzt daran, die Haltbarkeit weiter zu verbessern.

Und wenn der Akku doch mal schaden nimmt? Darüber haben sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schon bei der Materialauswahl Gedanken gemacht: „Wir haben uns für Zink-Mangan entschieden, weil diese Chemie für Geräte, die direkt auf der Haut getragen werden, sicherer ist als Lithium-Ionen-Batterien, die giftige Verbindungen freisetzen können, wenn sie kaputt gehen“, sagt Nguyen.

Günstiger Preis würde den kommerziellen Einsatz erleichtern

Für eine mögliche kommerzielle Verwendung spielt natürlich noch ein anderer Faktor eine Rolle: der Preis. „Die verwendeten Materialien sind unglaublich preiswert, wenn sie also in großen Stückzahlen hergestellt werden, werden sie billig sein“, sagt John Madden, Direktor des UBC-Labors für fortgeschrittene Materialien und Verfahrenstechnik, der die Arbeit überwacht hat.

Die Forschenden sehen ihren Akku nicht nur als Energielieferanten für smarte Textilien, er wäre auch für Uhren oder intelligente Pflaster geeignet. Industriepartner hätten bereits Interesse gezeigt. Jetzt gilt es, noch Leistung Lebensdauer der waschbaren Batterie zu erhöhen.

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