Strom aus Molekülbewegung

Elektrischer Strom lässt sich aus verschiedensten Quellen erzeugen – etwa aus Sonnenlicht, Wärme oder der Bewegung von Luft oder Wasser. Doch auch die Bewegung von Molekülen eignet sich dafür. So gelang es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern erstmals, diese Energiequelle mit einem winzigen Generator anzuzapfen. Wie sie in der Fachzeitschrift „APL Materials“ berichten, ist die Stromausbeute zwar verschwindend gering – doch sehen sie in ihrer Idee ein großes Potenzial, um etwa Sensoren oder Leuchtdioden anzutreiben.

Um aus der Molekülbewegung in einer Flüssigkeit elektrischen Strom zu gewinnen, griffen Yucheng Luan von East Eight Energy in Shanghai gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von der Nankai-Universität in Tianjin zu Zinkoxid. Dieses bildet piezoelektrische Kristalle – das heißt, dass das Material bei einer Bewegung oder Verformung eine elektrische Spannung aufweist. Daraus ließen die Forschenden 25 Nanometer dünne und gut drei Mikrometer lange Härchen wachsen, die sie nebeneinander senkrecht aufgereiht auf einer Unterlage anordneten.

Geringe Spannung – aber womöglich vielversprechend

Ihren Prototyp des neuartigen Nanogenerators setzten die Forschenden in ein Bad aus der Flüssigkeit Oktan. Bei Raumtemperatur bewegten sich die Oktanmoleküle schnell, sodass sie häufig an die Nanohärchen aus Zinkoxid stießen und diese zum Wackeln brachten. Dieses Wackeln genügte, damit die piezoelektrische Spannung in den Zinkoxidhärchen einen elektrischen Strom hervorrief. Über angeschlossene Elektroden konnte das Team diesen messen: Mit 2,28 Millivolt und 2,47 Nanoampere waren sowohl Spannung als auch Stromstärke allerdings sehr klein.

Das Team ist dennoch zufrieden: Schließlich konnten sie zeigen, dass sich elektrischer Strom prinzipiell aus der Bewegung von Molekülen in einer Flüssigkeit erzeugen lässt. Die Ausbeute ist zwar noch zu gering für einen praktischen Nutzen – aber die Forschenden hoffen, mit optimierten und größeren Nanogeneratoren künftig genug Elektrizität erzeugen zu können, um etwa kleine Sensoren oder gekoppelte größere Geräte zu betreiben. Dazu planen sie nun Versuche mit anderen piezoelektrischen Materialien und verschiedenen Flüssigkeiten. „Wir glauben, dass dieses neuartige System in naher Zukunft ein unverzichtbarer Weg für den Menschen sein wird, um elektrische Energie zu gewinnen“, so Luan und sein Team.