Outdoor-Strom: Kugelkraftwerk als mobile Steckdose

Für Handy und Kamera schleppen manche Wanderer schwere Ersatzakkus oder kleine Solarmodule in ihren Rucksäcken. Leichter und unabhängig vom Wetter ist ein neuartiges Minikraftwerk, das über elektrostatische Ladungen genug Strom zum Aufladen der Batterien liefern kann. Allein die Schritte von Wanderern oder leichte Wellen im Wasser bieten genug mechanische Bewegungen, um diese Kraftwerke zu betreiben. So können die Module – eingebaut in handgroße Kugeln – auch Segler und Paddler auf ihren Touren abseits jeder Steckdose mit Strom versorgen. Erste Prototypen präsentierten die Entwickler in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“.

Prinzip des Minikraftwerks

„Mit diesem Ansatz lässt sich Energie aus fließendem Wasser und Ozeanwellen sammeln“, sagt Zhong Lin Wang vom Georgie Institute of Technology in Atlanta (USA). Mit seinen Kollegen baute er dazu mehrere Versionen eines triboelektrischen Generators. Zwei verschiedene Kunststofffolien waren dazu nötig, eine aus Polyamid, die andere aus Polytetrafluoroethylen (PTFE, Teflon®). Immer wenn sich diese beiden Materialien berührten, entstanden elektrostatische Ladungen. Löste sich der Kontakt wieder, flossen diese Ladungen über dünne Kupferelektroden ab und verursachten eine Spannung von bis zu 50 Volt bei etwa vier Mikroampere. Dieser Effekt funktionierte sogar unter Wasser gut genug, um mit zehn grünen Leuchtdioden Licht zu erzeugen. Angetrieben von einer Wellenbewegung rollte dabei eine kleinere Kugel – beschichtet mit Polyamid – innerhalb einer größeren, deren Innenwände mit dem PTFE-Kunststoff ausgekleidet waren.

In trockener Umgebung lieferte der triboelektrische Effekt sogar noch mehr elektrische Energie. Dazu klebte das Team um Zhong Lin Wan PTFE-Folien auf einen kleinen zylindrischen Block. Diesen setzten sie in einen etwas größeren Zylinder mit Polyamid-Folien an den Innenwänden. Wurde dieser triboelektrische Generator geschüttelt, berührten und lösten sich die Kunststofffilme regelmäßig und erzeugten dabei Spannungen von bis zu 260 Volt bei ungefährlichen 50 Mikroampere. Mit diesem Strom konnten die Forscher sogar 60 Leuchtdioden betreiben oder einen Lithium-Akku aufladen.

So klein die elektrischen Ströme sind, die diese Minikraftwerke erzeugen, reichen sie für die Versorgung mobiler Elektronik oder von LED-Taschenlampen aus. Damit sind diese Generatoren eine interessante Alternative zu kleinen Solarmodulen, da sie unabhängig vom Wetter und der Tageszeit funktionieren. Bleiben die Module auch über einen längeren Zeitraum stabil und zuverlässig, könnten schon bald erste Produkte für Outdoor-Expeditionen entwickelt werden.