Hydrogel kühlt Batterien und erzeugt Strom

Wuhan/Washington (pte001/24.04.2020/06:00) – Künftig lassen sich Laptops, Smartphones und Co mit einem Hydrogel kühlen, das gleichzeitig Strom erzeugt. Der dünne Film besteht aus einem Kunststoffgerüst, in dem Wasser eingelagert ist. Er wird direkt auf die Batterie gelegt. Das System hat ein Team um Xuejiao Hu von der Wuhan University http://en.whu.edu.cn entwickelt. Die chinesischen Forscher stellen es in der Fachzeitschrift „Nano Letters“ vor.

Gel entzieht Luft Wasser

Wenn das Wasser im Hydrogel aufgrund der Wärme, die Batterien oder mikroelektronische Bauteile abgeben, verdampft, entsteht Verdunstungskälte. Die kann jeder spüren, der einen angefeuchteten Finger in den Wind hält. Das Gel ist ein Selbstversorger. Es entzieht der Umgebungsluft Wasser, wenn es während einer Betriebspause nichts zu kühlen gibt, sodass das Gel wieder fit wird für den nächsten Zyklus ist.

In das Gel integriert ist ein thermoelektrisches Element, das Strom erzeugt, sodass die Batterie ein wenig entlastet wird. Das basiert auf dem Seebeck-Effekt, den der gleichnamige Arzt und Physiker bereits 1821 entdeckte. Wenn eine Kombination aus zwei verschiedenen Metallen einer Temperaturdifferenz ausgesetzt wird, entsteht ein elektrischer Strom. In diesem Fall ist es auf der einen Seite die Wärme der Batterie, auf der anderen das kühle Gel.

Batterietemperatur sinkt

Um die Funktionsfähigkeit des thermoelektrischen Kühlgels zu demonstrieren, platzierten die Forscher es auf einer Smartphone-Batterie, während diese mit dem höchstmöglichen Stromfluss geladen wurde. Die Leistung des Pads lag bei fünf Mikrowatt. Die Temperatur der Batterie reduzierte sich um 35 Grad Celsius.

„Die Temperatursenkung erhöht die Sicherheit von Batterien“, sagt Xuejiao Hu. Die gewonnene elektrische Energie lasse sich nutzen, um den Batteriezustand zu überwachen oder das Kühlsystem zu kontrollieren. Wenn mobile elektronische Geräte längere Zeit genutzt werden, können sie sich so stark erhitzen, dass sie langsamer arbeiten, Komponenten zerstört werden oder sogar Brände und Explosionen auftreten. Auch wenn es keine extreme Überhitzung gibt, sind Schäden programmiert. Die Lebensdauer sinkt.

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