Energy Harvesting: Durchsichtiger Generator erzeugt Strom durch Reibung

Ein einfacher Generator aus zwei Kunststoffschichten wandelt beliebige mechanische in elektrische Energie, genauer gesagt in Wechselstrom. Er ist durchsichtig und kann beispielsweise auf einem Touchscreen aufgebracht werden.

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Energy Harvesting: neue Lückentechnik
Energy Harvesting: neue Lückentechnik (Bild: Zhonglin Wang/Georgia Tech)

Reibungselektrizität kennt jeder: Der Effekt tritt beispielsweise beim Kämmen auf. Forscher vom Georgia Institute of Technology um Zhonglin Wang wollen ihn sich für Energy Harvesting - das Gewinnen von Energie aus der Umgebung - zunutze machen.

Reibung macht Wechselstrom

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Der Reibungsgenerator besteht aus zwei Lagen Kunststoffen - Polyester und Polydimethylsiloxan (PDMS). Reiben die beiden aneinander, gibt das Polyester Elektronen ab, die das PDMS aufnimmt. Nachdem sich die beiden Flächen aneinander gerieben haben, werden sie getrennt. Wird dieser Vorgang wiederholt, erzeugt der Generator Wechselstrom. Um die Ausbeute des Generators zu erhöhen, haben die Forscher die Oberfläche der PDMS-Lage geformt: Sie besteht aus Pyramiden, Quadern und Streifen.

  • Schema des Generators (Bild: Zhonglin Wang/Georgia Tech)
  • Drei verschiedene Oberflächengestaltungen auf der PDMS-Schicht (Bild: Zhonglin Wang/Georgia Tech)
  • Pyramidenmuster auf der PDMS-Schicht (Bild: Zhonglin Wang/Georgia Tech)
Schema des Generators (Bild: Zhonglin Wang/Georgia Tech)

Die beiden Kunststoffe sind durchsichtig, so dass sie auf verschiedene Oberflächen aufgebracht werden können, ohne aufzufallen. Eine mögliche Anwendung ist beispielsweise auf einem Touchscreen, den das System beim Bedienen gleich mit Energie versorgt.

Wassertropfen und Feder

Der Generator ist zudem sehr empfindlich: Schon die Berührung eines Wassertropfens oder sogar einer Vogelfeder erzeuge einen Strom, erklären die Forscher in der Fachzeitschrift Nano Letters. Er könne deshalb auch als Drucksensor eingesetzt werden, der sich selbst mit Strom versorgt.

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Eine elektrische Ladung durch Reibung zu erzeugen, sei nichts Neues, sagt Wang. Ihre Leistung sei, eine Trenntechnik entwickelt zu haben, die einen Spannungsabfall erzeugt. "Dieser Generator kann jede mechanische Energie aus der Umwelt in elektrische Energie wandeln." Wang ist ein Experte für Energy Harvesting und hat schon verschiedene entsprechende Systeme entwickelt.

Energiespeicher

Der Generator sei robust genug, um mehr als 100.000 Arbeitszyklen zu durchlaufen, berichtet Wang. Im nächsten Schritt wollen seine Kollegen und er den Generator mit einem Energiespeicher ausrüsten, der den erzeugten Strom aufnimmt.

Reibungselektrizität war schon in der Antike bekannt: Die Entdeckung wird dem Wissenschaftler Thales von Milet zugeschrieben. Er soll ihn Mitte des 6. Jahrhunderts vor unserer Zeitrechnung an Bernstein entdeckt haben. Von seinen Experimenten stammt der Name für ein ganzes Gebiet der Physik: Bernstein heißt auf Griechisch Elektron.

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