Wissenschaftler der University of Alabama Huntsville (UAH) haben einen triboelektrischen Nanogenerator (Triboelectric nanogenerator – TENG) aus herkömmlichem Klebeband entwickelt. Der TENG kann elektrische Energie aus menschlichen Bewegungen gewinnen und so etwa Biosensoren antreiben.
TENGs wandeln mechanische Energie, die etwa durch Reibung oder Bewegung entsteht, in elektrischen Strom um. Der TENG der UAH-Forscher besteht im Wesentlichen aus handelsüblichem Klebeband. Die Wissenschaftler nutzen metallisierte Polyethylenterephtalat-Folien als Elektroden und Schichten von Scotch-Klebeband zur Stromerzeugung.
Die Energiegewinnung erfolgt durch eine Wechselwirkung zwischen dem Polypropylen und der Acrylatklebeschicht, die durch Andrücken und Lösen des Klebebandes erzielt wird. Aufgrund der Van-der-Waals-Kräfte bilden sich an der Grenzfläche Lücken von atomarer Größe, wie die Forscher in der Studie "Wide Bandwidth High-Power Triboelectric Energy Harvesting by Scotch Tape" schreiben, die in ACS Omega erschienen ist.
Höchste Energiegewinnung mit doppelseitigem Scotch-Klebeband
Das Design ist so angelegt, dass die Energiegewinnung über Schwingungen erfolgt, die der triboelektrische Generator ausgesetzt ist, etwa beim Gehen oder Laufen.
Die Forscher probierten unterschiedliche Arten von Klebeband aus. Das beste Ergebnis wurde dabei mit doppelseitigem Klebeband erzielt. Die Trennung und der Kontakt des Tapes erfolgen ausschließlich auf glatten Oberflächen, sodass die Anhaftung der klebrigen Oberfläche so ausfällt, dass er auch bei hohen Frequenzen bis zu 300 Hz arbeiten kann.
Das TENG erreicht so eine maximale Leistung von 53 mW. Das ist nicht viel, reicht aber aus, um etwa 350 LEDs oder einen Laserpointer mit Strom zu versorgen. Die Forscher testeten das Energiegewinnungssystem zusätzlich mit einem Sensor zur Detektion von Schallwellen und einem Biosensor zur Erkennung von Armbewegungen. Letzterer soll die menschliche Muskelaktivierung messen, um so etwaigen Verletzungen vorbeugen zu können und die Leistungsfähigkeit zu verbessern. Beide Sensoren ließen sich problemlos von dem TENG mit Strom versorgen.
Die Wissenschaftler betonen, dass der Schlüssel dazu das Erreichen einer höheren Betriebsfrequenz von 300 Hz war. Üblicherweise arbeiten TENGs nur mit Frequenzen unter 5 Hz, was zu einer niedrigeren Energieausbeute führt.
Zunächst taugt die gewonnene Energie jedoch nur zum Befeuern von Sensoren, die wenig Strom benötigen. Die Forscher arbeiten jedoch bereits daran, das Design zu verbessern, um weitere Anwendungen zu ermöglichen. Falls das TENG mehr Strom erzeugen könnte, dann könnten etwa Batterien damit aufgeladen werden. Die Wissenschaftler wollen ihr TENG patentieren lassen.
(olb)
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