Tropfen-Generator erzeugt Strom aus kleinen Wassermengen

Elektrische Energie aus Wasser zu gewinnen ist kein revolutionäres Konzept. Entsprechende Lösungen finden sich in Staudämmen, Strömungs- oder Gezeitenkraftwerken. Auch für die Energiespeicherung kann Wasser verwendet werden. All diese Systeme haben aber eines gemeinsam: Um funktionieren zu können, brauchen sie entsprechend große Wassermengen. Forscher der City University Hongkong haben nun ein System entwickelt, das bereits mit geringen Wassermengen elektrische Energie erzeugen kann – und das mit erstaunlicher Effizienz.

Strom aus kleinen Wassermengen

Systeme. bei denen allein der Kontakt bestimmter Materialien mit Wasser ausreicht, um Strom zu erzeugen, machen sich den sogenannten triboelektrischen Effekt zunutze. Nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert auch die Entwicklung der Forscher aus Hongkong.+

Der „Tropfen-Generator“ der Forscher besteht aus einer Schicht des Halbleiters Indiumzinnoxid (ITO) sowie einer Schicht Polytetrafluorethylen (PTFE) – auch bekannt als Teflon. Bei PTFE handel es sich um ein sogenanntes Elektret, ein elektrisch isolierendes Material, das elektrische Ladung speichern oder etwa durch Reibung sammeln kann. Die beiden Schichten des Generators werden durch ein kleines Aluminiumstück verbunden, das als Elektrode dient.

Wenn ein Wassertropfen auf die Anordnung fällt, breitet sich dieser auf der hydrophoben Teflon-Schicht aus und erzeugt auf dieser mittels elektrochemischer Wechselwirkungen eine elektrische Ladung. Diese geht nicht nach jedem Tropfen verloren, sondern akkumuliert sich, so das nach etwa 16.000 Tropfen eine stabile Oberflächenladung von etwa 50 Nanocoulomb erreicht wird.

Nachdem die Oberflächenladung erreicht ist, kommt ein weiterer Prozess zum Tragen: Das Wasser, dass sich auf der Oberfläche ausbreitet, schafft eine leitfähige Brücke zwischen den beiden Schichten und der Aluminiumelektrode. So entsteht ein Stromkreis, durch den die Ladung abfließen kann. Der Tropfen-Generator erreicht dabei eine Energiedichte von 50 Watt pro Quadratmeter.

Ein Tropfen betreibt 100 LEDs

Die Ergebnisse, die die Forscher erreichen konnten, übertreffen bereits existierende vergleichbare Systeme um ein Vielfaches. „ Ein Tropfen von 100 Mikrolitern Leitungswasser, der aus 15 Zentimetern Höhe fällt, kann eine Spannung von 140 Volt und eine Stromstärke von 270 Mikroampere erzeugen. Diese elektrische Energie reicht aus, um hundert kleine LEDs zum Leuchten zu bringen„, so Zuankai Wang, der das Projekt leitet.

Der Generator läuft außerdem nicht nur mit Leitungswasser, sondern funktioniert auch mit Meerwasser oder Regentropfen. Im Falle von Regentropfen wird das Wasser erst aufgefangen und dann durch eine Kapillare in regelmäßig fallende Tröpfchen geteilt. „ Indem wir den Durchmesser der Kapillare und die Fallhöhe justieren, können wir die Größe und Geschwindigkeit der Tropfen kontrollieren und so auch die entstehende Energiemenge„, so das Team.

Das Team sieht durch seine Technologie neue Möglichkeiten für die Nutzung von Wasserenergie eröffnet. „ Die kinetische Energie des fallenden Wassers stammt aus der Schwerkraft und kann daher als frei verfügbar und erneuerbar angesehen werden. Sie sollte daher besser genutzt werden. Strom aus Wassertropfen statt aus Erdöl oder Atomkraft könnte die nachhaltige Entwicklung der Welt voranbringen„, so Wang.

Derartige Tropfengeneratoren wären vor allem für die dezentrale Stromerzeugung geeignet, da sie in allen Gegenden eingesetzt werden könnten, wo es Gewässer gibt oder ausreichend viel Regen fällt.

via City University Hongkong