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© Fraunhofer IZM Komponenten | 12 Oktober 2018

Biegbare Mikrobatterien für Wearables

Auf dem Markt der Zukunft kommt eine neue Technologie zum Tragen – besser gesagt: Sie wird getragen. Wearables steht fĂŒr am Körper tragbare Systeme, die, mit Sensoren bestĂŒckt, hautnah Messdaten sammeln.
Damit die Sensoren drahtlos mit Energie versorgt werden, sind flexible Batterien erforderlich, die sich bestmöglich dem Material anpassen und gleichzeitig den AnsprĂŒchen an elektrische Leistung genĂŒgen. Das Fraunhofer-Institut fĂŒr ZuverlĂ€ssigkeit und Mikrointegration IZM hat sich, mit seinen Mikrobatterien, in die Forschung eingeklinkt.

Wearables werden in der Medizin eingesetzt, um Daten zu sammeln, ohne den Patienten in seinem Alltag zu stören, zum Beispiel bei Langzeit-EKGs. Weil die Sensoren in die Kleidung integriert, leicht und flexibel sind, kann der Herzschlag des Patienten bequem gemessen werden. Auch im Alltag wird die Technologie getragen, beispielsweise als Fitness-Armband, das den Pulsschlag beim Joggen misst. Wearables wird ein rasantes Wachstumspotenzial vorausgesagt: Bereits 2020 sollen sie einen Marktwert von 72 Mrd Euro erreicht haben.

Die Energieversorgung der smarten KleidungsstĂŒcke ist eine technologische Herausforderung. Es mĂŒssen technische Anforderungen wie Langlebigkeit und Energiedichte mit spezifischen Materialanforderungen wie Gewicht, FlexibilitĂ€t und GrĂ¶ĂŸe kombiniert werden. Zum Beispiel bei einem intelligenten Armband, dessen Entwicklung das Fraunhofer IZM bis zum Prototypen gebracht hat. Es kann wortwörtlich hautnah Daten sammeln. Der technologische Kniff, der sich hinter dem Band aus Silikon verbirgt, sind dabei drei grĂŒn durchschimmernde Batterien. Mit einer KapazitĂ€t von 300 Milliamperestunden versorgen die Batterien das Armband mit Strom. Sie speichern eine Energie von 1,1 Wattstunden und verfĂŒgen ĂŒber eine Selbstentladung von weniger als drei Prozent pro Jahr. Mit diesen Parametern verfĂŒgt der neue Prototyp ĂŒber eine deutlich höhere KapazitĂ€t als bisher auf dem Markt erhĂ€ltliche Smartbands und kann damit auch anspruchsvolle tragbare Elektronik mit Energie versorgen. Die verfĂŒgbare KapazitĂ€t ist ausreichend, um die Energieversorgung einer herkömmlichen Smartwatch ohne Laufzeitverlust zu ermöglichen. Mit diesen Kennwerten schlĂ€gt der Prototyp auch etablierte Produkte wie aktuelle Smart Watches, wo lediglich eine Batterie im UhrgehĂ€use und nicht im Armband verwendet wird.

Segmentierung als Erfolgsrezept

Dr. Robert Hahn, Wissenschaftler in der Abteilung RF & Smart Sensor Systems am Fraunhofer IZM erklĂ€rt das Erfolgsrezept: »Die Energiedichte von sehr biegbaren Batterien ist schlecht – besser ist ein segmentiertes Konzept«. Anstatt die Batterien auf Kosten von Energiedichte und ZuverlĂ€ssigkeit mechanisch extrem flexibel zu machen, arbeitet das Institut daran, sehr kleine und leistungsstarke Batterien auszulegen und optimale Aufbautechniken zu entwickeln. Zwischen den Segmenten sind die Batterien biegbar. So ist das Smart Band einerseits flexibel und verfĂŒgt anderseits ĂŒber viel mehr Energie als andere smarte ArmbĂ€nder auf dem Markt, schreibt das Fraunhofer IZM in einer Pressemitteilung.

Intelligentes Pflaster misst Schweiß

2018 ist am Institut ein neues Projekt im Bereich der tragbaren Technologie an den Start gegangen: Das intelligente Pflaster. Gemeinsam mit dem Schweizer Sensorhersteller Xsensio soll im Rahmen des von der EU geförderten Projekts ein Pflaster entwickelt werden, das den Schweiß des TrĂ€gers ohne Zeitverzögerung messen und analysieren kann. Anhand des Schweißes lassen sich Aussagen ĂŒber den Gesundheitszustand des TrĂ€gers ableiten. Eine bequeme und zeitechte Analyse bietet insofern die Möglichkeit, Heilungsprozesse viel besser nachzuverfolgen und zu kontrollieren. Das Fraunhofer IZM entwickelt das Aufbaukonzept und die Energieversorgung der schweißmessenden Sensoren. Es sollen Batterien integriert werden, die extrem flach, flexibel und leicht sind. DafĂŒr werden verschiedene neue Konzepte erarbeitet. Möglich wĂ€re zum Beispiel eine Verkapselung aus Aluminiumverbundfolie. Bei der Materialwahl wird zudem berĂŒcksichtigt, dass die verwendeten Materialien gĂŒnstig und leicht entsorgbar sein mĂŒssen. Schließlich sind Pflaster Wegwerfprodukte.
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2018.12.12 18:25 V11.10.11-2