Wie man Batterien baut, die (fast) für immer funktionieren

Batterien müssen normalerweise regelmäßig geladen werden. Es gibt jedoch neue Ansätze um diese Energiequelle (fast) unendlich lange haltbar zu machen. Selbst ladende Batterien werden in der Sensorik eingesetzt. Dies ist zum Beispiel bei Langzeit-Beobachtungen im Tierreich, bei langjähriger Studie der Artenvielfalt im australischen Regenwald und am Amazonas und bei der Erforschung des Great Barrier Reefs der Fall. Hier wird Energy Harvesting nützlich.

Das Energy Harvesting ermöglicht die Gewinnung von Energie aus der Umgebung – der Sonne oder durch Vibrationen zum Beispiel. Aber ähnlich wie Wind- und Sonnenenergie ist energy harvesting für mobile Technik eine unregelmäßige und unvorhersehbare Energiequelle. Die Geräte müssen mit Energie versorgt werden können, wenn es darauf ankommt. Daher wurde eine Software-Gerüst konzipiert, welches die Erfassungs- und Berechnungsaufgaben des Gerätes an die vorhergesagte Energie-Ernte anpasst. So kann der Sensor die notwendigen Daten erfassen und versenden ohne dass der Strom ausgeht. Ein Energie-neutraler Betrieb

Unsere Software soll dafür sorgen, dass Geräte energie-neutral arbeiten, so dass die Batterie (fast) unendlich lange hält oder bis der Wiederauflade-Zyklus erschöpft ist. Ein Beispiel hierfür ist das Camazotz Verfolgungs-Gerät welches wir für die Erforschung von Flughunden verwenden. Dieses Gerät an den Halsbändern der Tiere befestigt sammelt GPS Daten um ihre Bewegungen nachzuvollziehen. Es hat also eine kleine Batterie mit Solarbetrieb.

Unsere Software kann die wahrscheinlichen Bewegungen des Tieres vorhersagen und damit die Verfügbarkeit an Energie. Mit diesen Informationen kann eine passender Plan für die Nutzung des eingebauten Sensors erstellt werden. So wird erreicht, dass die zur Erfassung der GPS Daten verbrauchte Energie die durch den Solarbetrieb verfügbare Energie nicht überschreitet.

Das Software-Gerüst kann auch für Smartphones oder tragbare Geräte verwendet werden. Aber auch hier ist die Lebensdauer einer Batterie abhängig davon, wie oft sie aufgeladen werden kann. Unsere Forscher untersuchen energy-positive sensing. Die menschliche Bewegung kann in Energie für das tragbare Gerät umgewandelt werden. Neben dieser Energiegewinnung können Informationen über die menschlichen Aktivitäten, zum Beispiel ob der Nutzer geht oder läuft ermittelt werden. Die Umwelt vor Batterien schützen

Natürlich ist es erstrebenswert, Batterie-betriebene Geräte zu haben, die unendlich lange in der Wildnis funktionieren. Im Laufe der Zeit jedoch können Batterien auslaufen und chemische Substanzen wie Nickel, Kadmium oder Flusssäure austreten. Bei extremer Hitze können sie sogar in Brand geraten. Beim Einsatz im Great Barrier Reef mit einem batteriebetriebenen Sensor muss das Gerät komplett abgedichtet und isoliert sein.

Die Entwicklung biologisch abbaubarer Batterien ist ein interessanter Schritt hin zur Reduzierung des Umwelteinflusses großer Erfassungsgeräte. Einige Forscher machen Versuche mit sich auflösenden Batterien unter der Verwendung von Seide, dem Haut-Pigment Melanin und Salzwasserlösungen für Elektrolyte.

Auch das Wohl der Tiere muss berücksichtigt werden: Entweder müssen Geräte zur Langzeit-Beobachtung leicht und klein genug sein, damit die Bewegung nicht beeinträchtigt wird, oder sie müssen sich zu bestimmten Zeitpunkt automatisch lösen. Die Ethik von immerwährenden Batterien

Aus philosophischer Sicht bringen uns Geräte mit unendlich langer Lebensdauer, die Erfassen und Denken können, nahe an die Erschaffung künstlichen Lebens. Verbunden mit der Fähigkeit, zum Beispiel mittels 3-D Druck nachzubilden und einen eigenen Programmcode zu hinterlegen sind dies die wesentlichen Elemente um eine selbst-erhaltende Form von Maschinen zu erschaffen.

Selbsterhaltende batteriebetriebene Geräte können zudem anfangen Daten ihrer Umgebung erfassen, die so nicht vorgesehen waren. So kann eine unbeabsichtigte Datenerfassung private oder politische Auswirkungen haben. Manchmal ist keine Batterie besser Angetrieben von den Risiken batteriebetriebener Geräte haben einige Hersteller batterielose Erfassungsgeräte entwickelt um sowohl die Notwendigkeit der Ladung der Batterie als auch das Umweltrisiko auszuschließen.

Dies ermöglicht neue Anwendungsformen wie etwa das Einpflanzen von Sensoren in Körper um physische Daten zu erfassen. Anstatt mit einem dauerhaften Energiespeicher ausgestattet zu sein, können diese Geräte Nahbereichs-Wellen oder benachbarte Energiequellen nutzen um genug Energie aufzunehmen um bestimmte Erfassungen oder Berechnungen auf Abruf durchzuführen. Sie ähneln dem passiven RFID Konzept, stellen jedoch möglicherweise mehr Informationen zur Verfügung als nur eine Erkennung.

Der Nachteil ist, dass sie nur unter bestimmten Bedingungen funktionieren. So muss die Energiequelle in kurzem Abstand zu diesem Passivgerät sein. Nachhaltigkeit der Energie wird entscheidend sein, sei es bei der Entdeckung und Beobachtung von Tieren oder im Transportwesen. Die Unternehmen haben bereits begonnen, diese Möglichkeiten zu nutzen um Echtzeit-Informationen beim Versand hochwertiger Waren bereitzustellen. Der nachhaltige Einsatz dieser Sensoren wird diesen Trend verstärken.

Quellen: theconversation.com

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