Stellen Sie sich vor, Sie wandern in den Bergen, wenn ein Schneesturm zuschlägt. Trotz Ihres warmen Fells beginnt Ihre Körpertemperatur zu sinken. Aber fürchte dich nicht. Temperatursensoren im Mantel fühlen sich kälter an und aktivieren die im Stoff eingebetteten Heizelemente. Perfekt geröstet setzen Sie Ihre Wanderung fort.
Klingt nach einer klugen Idee, oder? Warum ist es keine Realität? Mit einem Wort, Batterien. Die Batterietechnologie ist nicht so schnell wie die Wearable-Technologie fortgeschritten. Das bedeutet, dass Wearables - Smartwatches, Fitness-Tracker und in Kleidung eingebettete medizinische Sensoren - entweder mit sperrigen Batterien ausgestattet oder zum Laden in regelmäßigen Abständen eingesteckt werden müssen.
Forscher in Großbritannien haben jetzt eine Neuentwicklung, die zu einer Lösung führen könnte: ein flexibles, batterieähnliches Gerät aus Graphen, das direkt auf fast alles gedruckt werden kann.
„Sie können die Batterien wie Textilien auf ein flexibles Substrat drucken“, sagt Mohammad Nazmul Karim, ein Mitarbeiter des National Graphene Institute an der Universität von Manchester. "Und es kann sehr schnell aufgeladen werden."
Die Geräte, die kürzlich in der Zeitschrift 2D Materials beschrieben wurden, sind technisch gesehen keine Batterien, sondern Superkondensatoren, die durch statische Aufladung Energie auf ihren Oberflächen speichern. Sie können im Vergleich zu Batterien extrem schnell aufgeladen werden - in Sekunden anstatt in Minuten oder Stunden - und verlieren mit der Zeit auch nach Millionen und Abermillionen von Ladungen nicht ihre Energiespeicherfähigkeiten.
Die von Karim und seinem Team entwickelten Superkondensatoren bestehen aus Graphen, einem zweidimensionalen Gitter aus Kohlenstoff, das nur ein Atom dick ist. Die Forscher verwendeten eine grundlegende Siebdrucktechnik, um einen flexiblen Superkondensator aus Graphenoxid-Tinte auf Baumwollgewebe zu drucken. Der Stoff kann getragen, gedehnt und sogar in die Wäsche geworfen werden, ohne die Ladefähigkeit des Superkondensators zu beeinträchtigen.
„Wenn Sie ein Stück Stoff haben und Graphen auf diesen Stoff auftragen, wird er nicht nur leitfähig, sondern auch stärker“, sagt Karim.
Graphen kann bis zu 20 Prozent größer als seine ursprüngliche Größe gedehnt werden, ohne zu brechen. Dies ist einer der Gründe, warum Wearables, die sich mit dem Körper bewegen müssen, so vielversprechend sind.
Das ursprüngliche Ziel des Teams ist die Verwendung der Graphen-Superkondensatoren für medizinische Sensoren: tragbare Herzmonitore, Temperatursensoren und EEG-Sensoren zur Überwachung des Schlafs und anderer Gehirnaktivitäten. Dies könnte in nur zwei oder drei Jahren geschehen, schätzt Karim. Andere Verwendungszwecke - Kleidung zum Aufladen Ihres Mobiltelefons, tragbare Computer und sogar die von mir beschriebene temperaturstabilisierende Jacke - wären weit entfernt.
Wearable-Technologie - von Smartwatches über Fitness-Tracker bis hin zu tragbaren Kameras und in Kleidung eingebetteten medizinischen Sensoren - ist ein großes Geschäft. Eine aktuelle Analyse von CCS Insight geht davon aus, dass die Branche bis 2020 einen Wert von rund 34 Milliarden US-Dollar haben wird. Das Laden war jedoch ein ständiges Problem für Wearables-Entwickler. Niemand möchte sein Armband ausziehen, um es mitten am Tag aufzuladen. Daher wird seit Jahren nach besseren Akkus und alternativen Ladelösungen gesucht. Viele Unternehmen setzen auf kabelloses Laden als die Welle der Zukunft für Wearables - Sie könnten einfach in Ihre Küche gehen und Ihr Gerät mit einem kabellosen Ladegerät an der Wand aufladen, während Sie das Abendessen zubereiten, ohne es auszuziehen. Die Technologie befindet sich jedoch noch in der Entwicklung, und die Verbraucher haben sich bisher nur langsam auf die relativ langsamen und teuren kabellosen Ladegeräte auf dem Markt erwärmt.
Karim warnt davor, dass Graphen auch keine Wunderwaffe ist.
"Es gibt viel Hype um Graphen, und wir müssen vorsichtig sein", sagt er.
Eine große Herausforderung besteht darin, große Mengen an hochwertigem Graphen herzustellen. Es ist billig und einfach, Graphen von geringerer Qualität herzustellen, was für einige Anwendungen in Ordnung ist. Aber die beste Qualität von Graphen ist immer noch teuer und mühsam herzustellen, ein Problem, an dem Forscher arbeiten.
„Die Beibehaltung der hohen Qualität von Graphen in einer skalierbaren Menge ist eine große Herausforderung“, sagt Karim.
Ein weiterer Nachteil von Graphen ist, dass es nicht so gut wie Metalle elektrisch leitet. Während Superkondensatoren auf Graphenbasis stark und flexibel sowie relativ umweltfreundlich sind, sind Silber- oder Kupfersuperkondensatoren leitfähiger. Abhängig von der Verwendung kann der eine oder andere vorzuziehen sein.
Also schau dir diesen Raum an. In ein oder zwei Jahrzehnten beschreiben wir möglicherweise die neue Winterjacke mit Superkondensator aus Graphen, die perfekt für Ihre nächste Reise in den Himalaya geeignet ist.
