Chinesische Forscher erzeugen Strom aus Alltagsbewegungen

Forscher der Universität für Wissenschaft und Technik in Peking haben einen Nanogenerator entwickelt, der Strom aus Bewegung erzeugt. Man spricht von einem triboelektrischen Effekt. Mit der erzeugten Energie lassen sich immerhin LEDs und simple Sensoren versorgen. Das Material ist flexibel und formbar, sodass es in Zukunft eine wichtige Rolle im Bereich Wearables spielen könnte.

Moderne Elektronik wird immer kleiner. Es gibt Pflaster, die den Blutzucker kontrollieren und Sensoren, die in Stoffe verwebt werden können. Allein die Energieversorgung stellt bisher noch ein Problem dar.

Ein Team rund um Fang Yi von der Universität für Wissenschaft und Technik in Peking stellten kürzlich einen Nanogenerator vor, der triboelektrisch Strom erzeugt. Solche Generatoren werden auch als TENG bezeichnet. Die Nanogeneratoren nutzen die elektrische Ladungen, die in Materialien durch Reibung entsteht. Hierfür müssen die beiden Materialien, die miteinander in Kontakt kommen, unterschiedliche Affinitäten für Elektronen besitzen.

Erhöhte Flexibilität erweitert den Einsatzbereich

Triboelektronische Nanogeneratoren sind nahezu perfekt für den Einsatz in Kleidung geeignet. Ihre Herstellung ist einfach und sie sind leicht und effizient. Doch bisher waren sie aus unflexiblen Materialien und schlecht skalierbar. Yi und sein Team haben diese Nachteile beseitigt. Ihre TENGs sind extrem elastisch und formbar. Die Forscher nennen ihre Entwicklung „shape-adaptive TENG“ (saTENG). Die Nanogeneratoren der chinesischen Wissenschaftler bestehen aus nicht viel mehr als einer Salzlösung oder Wasser und einer Hülle aus elastischem Polyer, welches eine Oberfläche aus Nanostäbchen besitzt, die die Wechselwirkungen zwischen Wasser und Kunststoff optimiert.

Die Forscher haben die Funktion ihrer Nanogeneratoren in mehreren Varianten erprobt. So arbeitet der sa-TENG beispielsweise in Form einer Sohle unter den Schuhen der Probanden. So wurde beim Auftreten Strom erzeugt, der angeschlossene LEDs zum Leuchten brachten. Aber auch ein Test in Armbandform wurde durchgeführt. Theoretisch wäre es auch möglich, mit einem TENG-Armband am Oberarm einen autarken Sensor herzustellen. Durch Beugung und Streckung des Oberarms verändert sich der Durchmesser des Bizeps und so auch die Kontaktfläche mit dem TENG, der daraufhin Strom erzeugt.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Die triboelektrischen Nanogeneratoren von Yi und seinem Team weisen eine hohe Anpassungsfähigkeit auf und können so in einer Vielzahl von Anwendungsszenarien zum Einsatz kommen, egal ob im Bereich Medizin, Unterhaltung, Sport oder Robotik.

Ein weiterer Prototyp in Form einer 1,83 Meter langen und 69 Zentimeter breiten saTENG-Matte produzierte bei Berührungen mit einer Acrylplatte immerhin genug Strom für 170 LEDs.