Schwamm-Kraftwerk: Nutzbarer Strom aus elektrostatischen Ladungen

Zusammendrücken eines mikroporösen Schaumstoffs reicht aus, um Sensoren oder Leuchtdioden zu versorgen
Prototyp des Schwamm-Kraftwerks, das aus elektrostatischen Ladungen nutzbaren Strom gewinnt
Prototyp des Schwamm-Kraftwerks, das aus elektrostatischen Ladungen nutzbaren Strom gewinnt
© Lucia Beccai, IIT
Pontedera (Italien) - Mit zahlreichen Methoden sammeln Wissenschaftler winzige Strommengen, um Sensoren und Leuchtdioden versorgen oder unterwegs sogar Akkus aufladen zu können. Nun zeigt eine italienische Forschergruppe, dass sich elektrostatische Ladungen eignen, nicht nur Haare zu Berge stehen zu lassen, sondern auch einige Mikrowatt Strom liefern zu können. Wie sie in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“ berichtet, reicht ein schwammartiger Kunststoff durchzogen von feinen Kupferdrähten aus, um beim Zusammenpressen einen nutzbaren Stromfluss zu erzeugen. Dieses Schwamm-Kraftwerk könnte einfach gefertigt und in Schuhsohlen, Reifen oder gar Tanzflächen integriert werden.

„Wir verfolgten einen sehr einfachen und günstigen Ansatz, um mit einem Schwammgenerator aus weichem Kunststoff Strom über elektrostatische Ladungen zu ernten“, sagt Lucia Beccai vom Center for Micro-BioRobotics in Pontedera bei Pisa. Zusammen mit ihren Kollegen griff die Forscherin zu einem handelsüblichen, sehr feinen Kupferdraht. In viele Schleifen verdreht lagerte sie diesen in eine flexible Kunststoffmasse auf Silikonbasis ein. Kleine Luftkammern gaben dem Draht genügend Bewegungsfreiheit, damit er sich an dem ungebenden Kunststoff reiben konnte. Beim Zusammenpressen entstanden elektrostatische Ladungen, die sich über Elektroden abgreifen ließen.

Um genügend Luftkammern rund um den Kupferdraht zu erhalten, beschichteten die Forscher diesen zuvor mit einer Zuckerlösung. Getrocknet hafteten an dem Draht Kristalle von durchschnittlich einem drittel Millimeter Durchmesser. Nach dem Einlagern in den flexiblen Kunststoff konnte der Zucker aufgelöst und ausgewaschen werden, so dass zahlreiche, luftgefüllte Leerräume entstanden. Einzig eine Referenz-Elektrode wurde nicht mit Zuckerkristallen ummantelt. Ein erster Prototyp dieses Schwamm-Kraftwerks wies ein Volumen von etwa vier Kubikzentimetern auf. Diesen drückten Beccai und Kollegen mehrmals hintereinander zusammen. Geschah dies zwei Mal pro Sekunde, ließen sich lediglich Ströme von einigen hundert Nanowatt Leistung bei Spannungen von knapp zwei Volt erzeugen. Presste man den kleinen Block aber zehn Mal pro Sekunde, schnellte die Leistung auf knapp 1,4 Mikrowatt in die Höhe. Diese geringen Ströme reichen aus, um ein kleines Display, Sensoren oder gar Leuchtdioden zu betreiben.

Wegen der einfachen Fertigung könnten nun zahlreiche dieser Minikraftwerke miteinander verschaltet werden, um so die Stromausbeute zu steigern. Integriert in Schuhsohlen wäre das Aufladen eines Akkus aber immer noch ein mühseliges und langwieriges Unterfangen, da bei den kleinen Strommengen schon mehrere Kilometer gewandert werden müssten.

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