Ein Schwamm als Stromgenerator

Mit zahlreichen Methoden gewinnen Wissenschaftler winzige Strommengen, um damit Sensoren und Leuchtdioden versorgen oder unterwegs sogar Akkus aufladen zu können. Nun zeigt eine Forschergruppe, dass sich elektrostatische Ladungen eignen, nicht nur Haare zu Berge stehen zu lassen, sondern auch einige Mikrowatt Strom zu liefern. Wie sie in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“ berichtet, reicht ein schwammartiger Kunststoff durchzogen von feinen Kupferdrähten aus, um beim Zusammenpressen einen nutzbaren Stromfluss zu erzeugen. Dieser Schwammgenerator könnte einfach gefertigt und in Schuhsohlen, Reifen oder gar Tanzflächen eingebaut werden.

Prototyp eines Schwammgenerators

„Wir verfolgen einen sehr einfachen und günstigen Ansatz, um mit einem Schwammgenerator aus weichem Kunststoff Strom über elektrostatische Ladungen zu ernten“, sagt Lucia Beccai vom Center for Micro-Biorobotics in Pontedera bei Pisa. Zusammen mit ihren Kollegen griff die Forscherin zu einem handelsüblichen, sehr feinen Kupferdraht. In vielen Schleifen drehte sie diesen in eine flexible Kunststoffmasse auf Silikonbasis ein. Kleine Luftkammern gaben dem Draht genügend Bewegungsfreiheit, damit er sich an dem ungebenden Kunststoff reiben konnte. Beim Zusammenpressen gingen elektrische Ladungen durch Reibungselektrizität vom Kunststoff in den Draht über und ließen sich über Elektroden abgreifen.

Um genügend Luftkammern rund um den Kupferdraht zu erhalten, beschichteten die Forscher diesen zuvor mit einer Zuckerlösung. Nach dem Einlagern der Drähte in den flexiblen Kunststoff konnte der Zucker aufgelöst und ausgewaschen werden, so dass zahlreiche, luftgefüllte Leerräume entstanden. Ein erster Prototyp dieses Schwammgenerators wies ein Volumen von etwa vier Kubikzentimetern auf. Drückten Beccai und ihre Kollegen den Schwamm zweimal pro Sekunde zusammen, ließen sich lediglich Ströme mit einer Leistung von wenigen hundert Nanowatt erzeugen. Presste man den kleinen Block aber zehnmal pro Sekunde, stieg die Leistung auf knapp 1,4 Mikrowatt. Diese geringen Ströme reichen aus, um ein kleines Display, Sensoren oder gar Leuchtdioden zu betreiben. 

Wegen der einfachen Fertigung könnten zahlreiche dieser Minikraftwerke miteinander verschaltet werden, um so die Stromausbeute zu steigern. Integriert in Schuhsohlen wäre das Aufladen eines Akkus aber immer noch ein langwieriges Unterfangen: Bei den kleinen Strommengen müsste man mehrere Kilometer wandern.