Triboelektrisch: Wasserbewegung wird in Nanoporen zu Strom
Ein Forschungsteam mit Beteiligung der Technischen Universität Hamburg und des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY)(öffnet im neuen Fenster) hat ein Material mit Nanoporen entwickelt, das allein durch die Anwesenheit von Wasser und eines sich ändernden Drucks Strom erzeugt. Genutzt wird dafür der triboelektrische Effekt(öffnet im neuen Fenster) , bei dem Reibung für eine Ladungstrennung und somit eine Spannung sorgt. Der Effekt ist auch beim Kämmen von Haaren, bei Kontakt von Luftballons mit Kleidung oder Schuhsohlen mit Teppichboden zu beobachten.
Die gezielte Erzeugung von Strom gelang nun mit Poren aus Silizium im Nanometerbereich. Diese sogenannten Siliziummonolithe sind wasserabweisend. Aus ihnen tritt Wasser bei verringertem Druck aus, während es bei hohem Druck hineingepresst wird.
Bei dieser zyklischen Bewegung konnte die Forschungsgruppe elektrische Energie erzeugen, verursacht durch die Reibung des Wassers an den Nanoporen. Laut der Studie, die in Nano Energy(öffnet im neuen Fenster) frei zugänglich veröffentlicht wurde, lag die Effizienz bei 9 Prozent in Bezug auf die mechanische Arbeit, die für das Eindringen und Ausstoßen des Wassers nötig war.
System mit überragender Leistung
Das System, das als Intrusion-Extrusion triboelektrischer Nanogenerator bezeichnet wird, soll insbesondere im Vergleich zu früheren Ansätzen mit porösen Stoffen in Form von Pulver eine um drei Größenordnungen höhere Energiedichte besitzen.
Zudem wird betont, dass hohe Leistungsspitzen im Millisekundenbereich in ähnlichen Versuchen bereits erreicht wurden. Das neue System soll in den Versuchen jedoch über mehrere Minuten Strom erzeugt haben.
Autonome Systeme, betrieben durch Vibration
Durch die Verwendung des häufig vorkommenden Siliziums und einer gut kontrollierbaren Herstellung soll in Zukunft ein praktischer Einsatz des Systems denkbar sein. Die Energiequelle besitzt eine hohe Effizienz und soll reproduzierbar Energie liefern können.
Deshalb soll es realistisch sein, vor allem Sensorsysteme in Wasser oder in Umgebungen mit vielen Erschütterungen, zum Beispiel tragbare Kleinstelektronik oder Produkte für Gesundheitsmonitoring, unabhängig und ohne Batterie mit Strom zu versorgen. Sie würden dann nur noch eine regelmäßige Bewegung von Wasser benötigen, um zu funktionieren.