Dünne Fasern aus Zinkoxid – eingebettet in Kunststoff – können in Textilien als Stromquelle für mobile Elektronik dienen

Piezo-Kraftwerk mit Zinkoxid-Faser

Atlanta (USA) - Ein T-Shirt, das genug Strom für Handy, MP3-Player und Laptop produziert: Bisher war dies nicht viel mehr als eine Vision von Wissenschaftlern. Doch nun präsentierten Forscher den stabilen Prototyp einer Stromfaser, die allein über Biegebewegungen 15 mal mehr Strom erzeugt als alle Laborversuche zuvor. Kern des Minikraftwerks, das in der Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" vorgestellt wird, ist ein dünner Faden aus Zinkoxid, der über den piezoelektrischen Effekt mit einer Effizienz von knapp sieben Prozent mechanische in elektrische Energie umwandelt.

"Das neue Design ist robuster und löst die Probleme mit eindringender Feuchtigkeit", sagt Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology in Atlanta. Der Forscher, der schon viele Modelle für winzige Stromgeneratoren entwickelt hat, packte eine nur vier Millionstel Meter dicke und ein fünftel Millimeter lange Faser aus Zinkoxid in eine flexible Folie aus dem Kunststoff Polyimid. Wird dieses Modul gebogen, streckt sich die Zinkoxid-Faser um ein Zehntel Prozent und erzeugt dabei 8 Pikoampere bei 50 Millivolt Spannung. Werden mehrere solcher Fasern miteinander gekoppelt, kann die Stromausbeute entsprechend gesteigert werden.

Die Idee, Strom mit piezoelektrischen Materialien zu erzeugen, ist nicht neu. Doch bisher waren die empfindlichen Zinkoxid-Faser nicht sehr stabil. Bei zu starken Bewegungen brachen sie oder wurden durch Feuchtigkeit zerstört. Mit der flexiblen Hülle aus Polyimid konnten Wang und Kollegen dieses Problem in den Griff bekommen.

Wang kann sich heute schon zahlreiche Anwendungen seiner kleinen Kraftwerke vorstellen. "Sich selbst mit Strom versorgende Nanotechnologie könnte die Basis für einen neuen Industriezweig sein", sagt er. Mit implantierten Zinkoxid-Fasern könnten über Muskelbewegungen medizinische Sensoren betrieben werden. Er denkt aber auch an größere Module, die in Schuhsohlen oder in Textilien integriert werden könnten, um unterwegs durch normale Gehbwegungen die Akkus in Handys, Navigationsgeräten oder MP3-Playern aufzuladen.