Strom aus Reibung, ganz ohne Batterie: Ein europäisches Forschungsteam zeigt, wie sich mechanische Energie allein durch Wasser und Silizium in Strom umwandeln lässt. Eine mögliche Grundlage für selbstversorgende Elektronik.
Hier zu sehen: Silizium-Chips. Als Halbleiter ist Silizium die Basis moderner Elektronik und ermöglicht dank seiner Nanostruktur ein neues Prinzip der Stromerzeugung. Foto von Laura Ockel
Ein europäisches Forschungsteam präsentierte einen neuartigen Ansatz zur Stromerzeugung aus mechanischer Energie, der ohne den Einsatz von Batterien oder seltenen Rohstoffen auskommt. Dieser Ansatz basiert auf der Reibung von Wasser in winzigen Siliziumporen. Die Methode basiert auf einem Siliziumkörper, durch den Wasser unter Druck ein- und austritt. An der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Festkörper wird dabei messbare elektrische Energie erzeugt. Die Resultate wurden in der Fachzeitschrift Nano Energy publiziert.
Das System wird als Intrusion–Extrusion-Triboelectric-Nanogenerator (IE-TENG) bezeichnet und weist laut Studie eine Energieumwandlungseffizienz von bis zu neun Prozent auf. Ein bisher seltener Spitzenwert für fest-flüssige Nanogeneratoren. Also haben die Forschenden es geschafft, ohne chemische Reaktionen oder Erhitzung Strom zu erzeugen. Eine Stromerzeugung, die einen bestimmten physikalischen Effekt, die sogenannte Triboelektrizität, zur Stromerzeugung nutzt. Es funktioniert wie die statische Aufladung beim Gehen über einen Kunststoffteppich. Wie bei der statischen Aufladung beim Gehen über einen Kunststoffteppich entstehen auch hier Ladungen, nur dass anstelle von Schuhsohlen Wasser durch leitfähige Nanoporen in Silizium gepresst wird.
Die Entwicklung basiert auf Forschungsarbeiten von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Deutschland, Spanien, Italien, Polen und Lettland, koordiniert von der Technischen Universität Hamburg (TUHH), DESY sowie dem Exzellenzcluster BlueMat – Water-Driven Materials. Die Struktur der Siliziumkörper sei dabei der entscheidende Faktor gewesen, wie Dr. Manuel Brinker von der TUHH erläutert. Denn die Erzeugung eines stabilen Reibungsstroms setzt voraus, dass die Porengröße, die Hydrophobie und die elektrische Leitfähigkeit exakt aufeinander abgestimmt sind.
Gemäß den Angaben der Projektbeteiligten eignet sich das Prinzip insbesondere für Anwendungen, bei denen mechanische Bewegungen bereits vorhanden sind. Als Beispiele werden Stoßdämpfer, tragbare Sensoren oder textile Elektronik genannt. Die zugrunde liegende Idee besteht darin, dass Druck und Bewegung automatisch Strom erzeugen, welcher unmittelbar genutzt werden kann. Zum Beispiel zur Datenerfassung oder Verarbeitung in Chips. In derartigen Systemen würden externe Energieversorgung und sogar Batterien überflüssig.
Langfristig könnte die Technologie es ermöglichen, dass Materialien selbst zur Energiegewinnung beitragen. Dies hätte den Vorteil, dass kein zusätzliches Gewicht, keine giftigen Substanzen und kein hoher Ressourcenaufwand entstehen. Dr. Luis Bartolomé von CIC energiGUNE betont in diesem Zusammenhang die Effizienz und große Verfügbarkeit von Wasser und Silizium. Die Forschung reiht sich somit in eine wachsende Zahl von Ansätzen ein, die auf der Low-Tech-Energiegewinnung durch intelligentes Materialdesign basieren. Ein wichtiger Baustein für ressourcenschonende Anwendungen in einer zukünftigen Kreislaufwirtschaft.
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