Meereswellen treiben Tribo-Generator an
Batterien für Sensoren, die das "maritime Internet der Dinge" ermöglichen, werden überflüssig
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Triboelektrischer Generator früherer Generation (Foto: Rob Felt, gatech.edu) |
Atlanta/Dalian/Peking (pte003/22.10.2021/06:10)
Forscher in den USA und China haben einen so genannten triboelektrischen Generator (TENG) entwickelt, der von Meereswellen angetrieben wird. Vorbild waren Algen, die sanft in der Dünung schaukeln. Der erzeugte Strom soll Sensoren, die in großer Zahl auf und in den Meeren schwimmen, versorgen.
Um die triboelektrischen Oberflächen herzustellen, beschichteten die Forscher zwei jeweils 3,8 Mal 7,6 Zentimeter große Streifen aus zwei verschiedenen Polymeren mit einer triboelekrisch aktiven dünnen Schicht. Diese Materialien sind in der Lage, Bewegungen direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Dazwischen klemmten sie einen kleinen Schwamm ein, sodass ein schmaler Luftspalt entstand.
[b]Bewegung wird direkt in Strom verwandelt[/b]
In bewegtem Wasser wedeln die Streifen wie Algen, die auf dem Meeresgrund wachsen. Zunächst testeten die Forscher den Generator an der Wasseroberfläche. Hier erzeugte er zuverlässig Strom. Dann erhöhten die Forscher den Druck auf einen Wert, wie er in knapp zehn Metern Wassertiefe herrscht. In dieser Umgebung schrumpfte der Luftspalt, was die Funktion aber nicht beeinträchtigte, obwohl die Wellenbewegungen in dieser Tiefe gering sind. Die produzierte Energie von mehreren algenartigen TENGs reicht für die Versorgung eines Thermometers, 30 Leuchtdioden oder einen blinkenden Miniatur-Leuchtturm.
[b]Oberflächen-Generatoren funktionierten nicht[/b]
In vielen Küstengebieten sammeln Sensoren-Netzwerke Informationen über Strömungen, Wellenbewegungen und Trübung des Wassers, um Schiffen bei der Navigation und bei der Überwachung der Wasserqualität zu helfen. Dieses „maritime Internet der Dinge" wird meist von Batterien mit Energie versorgt, die von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden müssen, was zeitaufwändig und teuer ist. Wind- und Solarenergie könnten genutzt werden, sind aber nicht für Unterwasseranwendungen geeignet. Um die kontinuierliche Bewegung des Ozeans als erneuerbare Energiequelle zu nutzen, entwickelten die Forscher zunächst schwimmende Geräte, die Wellenenergie mit rotierenden Magneten in Elektrizität umwandelten. Aber diese Geräte waren ineffizient mit weniger häufigen Wellen, wie sie unter Wasser gefunden wurden. Dann verfielen sie auf das TENG-Prinzip.
Die Forscher der School of Materials Science and Engineering am Georgia Institute of Technology https://www.gatech.edu/ in Atlanta/USA, des Marine Engineering College an der Dalian Maritime University http://iec.dlmu.edu.cn/English in China und des Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems der Chinesischen Akademie der Wissenschaften https://english.cas.cn/ stellten ihren Generator in ACS Nano vor, einer Fachzeitschrift der American Chemical Society https://www.acs.org.
(Ende)
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