Strom aus feuchter Luft

Peking (China) - Nicht nur Sonnenlicht und Wärme kann mehr oder weniger effizient zur Erzeugung von Strom genutzt werden. Auch die Feuchtigkeit der Luft liefert in ausgeklügelten Minikraftwerken elektrische Spannungen. Chinesische Forscher optimierten diese Art der Stromerzeugung nun mit gestapelten Doppelschichten aus speziellen Kunststoffen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ berichten, erreichten ihre Prototypen sogar sehr hohe Spannungen von bis zu 1000 Volt.

Die Grundlage für diese ungewöhnliche Stromgewinnung bilden bewegliche Ladungsträger in den Kunststoffschichten – einerseits negativ geladene Chlorid-Ionen, andererseite positiv geladene Protonen. Haiyan Wang und seine Kollegen von der Tsinghua Universität in Peking legten nun zwei verschiedene, flexible Kunststoffschichten von 30 bis 70 Mikrometer Dicke übereinander. Als Materialien wählten sie für die obere Schicht das Polymer Polydiallyldimethylamonniumchlorid (PDDA) und für die untere eine Kombination aus Polyvinylalkohol (PVA) und Polystyrolsulfonsäure (PSS). Diese Schichten absorbierten Wassermoleküle aus feuchter Luft. Dabei entstanden einerseits frei bewegliche Protonen und andererseits Chlorid-Ionen. Mit zwei flachen Elektroden aus jeweils einer dünnen Kohlenstoffschicht kontaktieren sie dieses Minikraftwerk und ermöglichten so einen messbaren Stromfluss.

In Versuchsreihen erzeugten diese Doppelschichten bei 25 Prozent Luftfeuchte eine elektrische Spannung von knapp einem Volt. Bei 85 Prozent Luftfeuchte stieg der Wert auf bis zu 1,38 Volt an. Auch die Leistungsdichte nahm von 76 Nanowatt pro Quadratzentimeter bei relativ trockener Luft auf bis zu 5,5 Mikrowatt pro Quadratzentimeter bei feuchter Luft zu. Inspiriert durch die japanische Origimai-Falttechnik ließen sich die einzelnen Module nahezu beliebig oft stapeln und parallel schalten. So konnten schrittweise sehr viel höhere elektrische Spannungen von bis zu 1000 Volt mit 1600 Doppelschicht-Modulen erreicht werden.

Der Strom aus diesen Luftfeuchte-Kraftwerken genügte, um sowohl Kondensatoren als auch Lithium-Ionen-Batterien langsam aufzuladen. Mit diesem Strom brachten die Forscher testweise eine handelsübliche 10-Watt-Lampe zum Leuchten. Sie konnten mit dem Strom aber auch Transistoren und Bildschirme mit elektronischer Tinte, wie sie in E-Books genutzt werden, betreiben. Bisher lieferten diese Minikraftwerke bis zu elf Tage lang zuverlässig einen kontinuierlichen Stromfluss. Mit weiteren Verbesserungen könnte die Lebensdauer aber noch weiter erhöht werden. So lockt mit dieser Technologie eine kleine, mobile Stromquelle, die weder Sonnenlicht noch Wärme benötigt und prinzipiell überall selbst bei geringer Luftfeuchte funktioniert.