Triboelektrischer Nanogenerator: Forscher erzeugen Strom mithilfe von Klebeband und Alu-Plastikfolie

Weltweit werden immer mehr Sensoren, kleine LED-Lichter und Mini-Computer verbaut. Diese müssen jeweils mit Strom versorgt werden. Dementsprechend hat sich auch die Nachfrage nach Lösungen zur mobilen Stromerzeugung stark erhöht. Einige Ansätze konnten hier bereits erfolgreich etabliert werden. So etwa kleine Solarmodule in Kombination mit integrierten Batterien. In der Forschung wird aber auch weiter nach neuen Lösungen gesucht. Im Fokus stehen dabei unter anderem sogenannte triboelektrische Nanogeneratoren. Diese wurden im Jahr 2012 erstmals näher erforscht und basieren darauf, durch Druck oder gezielte Verschiebungen Ladungsdifferenzen zwischen verschiedenen Schichten zu erzeugen, die dann als Elektrizität genutzt werden können. So faszinierend das Konzept grundsätzlich auch ist, gab es bisher in der Praxis aber noch ein Problem: Die kleinen Generatoren waren zu komplex in der Anordnung und zu aufwändig in der Herstellung, um im großen Still sinnvoll genutzt werden zu können. Forschern an der University of Alabama in Huntsville scheint hier nun ein Durchbruch gelungen zu sein.

Durch Druck entsteht die gewünschte Ladungsdifferenz

Denn sie präsentierten einen triboelektrischen Nanogenerator, der ausschließlich auf sehr gut verfügbaren Materialien basiert. So handelt es sich bei dem Ausgangsmaterial um handelsübliches doppelseitiges Klebeband. Außerdem wird eine mit Aluminium beschichtete PET-Folie benötigt. Beide Materialien kann man ganz einfach im örtlichen Baumarkt erwerben. Auch die Verarbeitung ist nicht weiter kompliziert. Tatsächlich wird das die Plastikfolie lediglich mithilfe des doppelseitigen Klebebands auf Aluminium geklebt. Drückt man nun auf das so erschaffene Konstrukt, kommt es zu der gewünschten Ladungsdifferenz: Im Klebeband sammeln sich positive Ladungen, während die PET-Folie eine Heimat für die negativen Pendants bildet. Wird der Druck nun wieder reduziert, entsteht die gewünschten Entladung und es kann eine positive Spannung nachgewiesen werden. Bei verschiedenen Tests im Labor konnten die Forscher zudem nachweisen, dass es um durchaus signifikante Werte in Sachen Stromerzeugung geht. Um diese noch zu optimieren, wurde zudem mit verschiedenen kleinen Anpassungen experimentiert.

476 LEDs konnten gleichzeitig mit Strom versorgt werden

Letztlich konnten die Wissenschaftler so einen simplen Nanogenerator konstruieren, der immerhin eine Leistung von 21 Milliwatt erreicht. Die Leistungsdichte lag mit 169,6 Watt pro Quadratmeter zudem deutlich höher als bei den bisher bekannten triboelektronischen Nanogeneratoren. Wer mit all diesen Zahlen nicht viel anfangen kann, dem hilft ein konkretes Beispiel: Die Wissenschaftler beklebten eine Fläche von lediglich 38 mal 25 Millimetern mit ihrer speziellen Mischung aus Klebeband und Plastikfolie. Dies reichte schon aus, um genug Elektrizität zum gleichzeitigen Betrieb von immerhin 476 LEDs zu generieren. Auch eine Laserdiode konnte auf diese Weise betrieben werden. Außerdem handelt es sich um ein sehr langlebige Produkt: Die Leistung bleibt über bis zu 100.000 Zyklen erhalten. Die Forscher gehen daher davon aus, dass sich ihr neuer Nanogenerator sehr gut eignet, um damit etwa Sensoren mit Strom zu versorgen. Nun muss geschaut werden, ob dieser Sprung aus dem Labor in die Praxis tatsächlich gelingt.

Via: ACS