Bewegung erzeugt Strom 21.10.2014, 08:36 Uhr

Strom aus dem dünnsten Generator der Welt

US-Forscher haben den dünnsten Generator der Welt entwickelt. Er ist nur wenige Moleküllagen dick und beruht auf dem piezoelektrischen Effekt. Der Generator könnte in Kleidungsstücke integriert werden und mobile Geräte mit Strom versorgen.

Der dünnste Generator der Welt besteht aus einer ungeraden Zahl von Molybdändisulfid-Schichten (MoS<custom name="sub">2</custom>), die jeweils nur die Dicke von einem einzigen Molekül haben. Der Generator ist transparent, extrem leicht und biegsam.

Der dünnste Generator der Welt besteht aus einer ungeraden Zahl von Molybdändisulfid-Schichten (MoS2), die jeweils nur die Dicke von einem einzigen Molekül haben. Der Generator ist transparent, extrem leicht und biegsam.

Foto: Rob Felt/Georgia Tech

Der dünnste Generator der Welt besteht aus einer ungeraden Zahl von Molybdändisulfid-Schichten (MoS2), die jeweils nur die Dicke von einem einzigen Molekül haben. Die Schichten kleben gewissermaßen auf einer flexiblen transparenten Folie. An beiden Seiten sind Elektroden angebracht, über die der beim Verbiegen der Folie entstehende Strom abgezapft wird.

Physikalisch gesehen handelt es sich um einen piezoelektrischen Effekt. Beim Verbiegen, Stauchen oder Zusammendrücken eines solchen Materials entsteht ein elektrischer Strom. Die bekannteste Anwendung ist das elektronische Feuerzeug. Die piezoelektrische Eigenschaft von hauchdünnem MoS2 hatten Physiker auf Grtund von theoretischen Überlegungen vorhergesagt.

Graphen war das Vorbild

Die Forscher der Columbia Engineering Hochschule und des Georgia Institute of Technology hatten vor einigen Jahren mit Graphen gearbeitet, einem extrem festen Material, das überraschende Eigenschaften hat. Es besteht aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, die in Sechseckform angeordnet sind. Das übertrugen Prof. James Hone und Postdoktorand Zhong Lin Wang auf MoS2. Wissenschaftler der Technischen Universität Wien hatten mit diesem Material bereits die dünnste Solarzelle der Welt entwickelt.

Positive und negative Ladungsträger trennen sich, wenn die Folie, auf der der dünne Generator aufgebaut ist, verbogen wird. Die entstehende Spannung lässt einen Strom fließen, wenn ein Verbraucher angeschlossen wird, etwa eine Leuchtdiode.

Positive und negative Ladungsträger trennen sich, wenn die Folie, auf der der dünne Generator aufgebaut ist, verbogen wird. Die entstehende Spannung lässt einen Strom fließen, wenn ein Verbraucher angeschlossen wird, etwa eine Leuchtdiode.

Foto: Lei Wang/Columbia Engineering

Die US-Forscher können sich vorstellen, die von ihnen entwickelten ultradünnen Generatoren in Kleidungsstücke zu integrieren. Strom entstünde dann durch die Bewegung des Menschen, der den Stoff trägt. „Damit könnte man Sensoren und medizinische Geräte versorgen“, sagt Hone. „Vielleicht produzieren die Generatoren mal genügend Strom, um das Smartphone in der Jackentasche aufzuladen.“

Gegenläufige Bewegungen löschen den Stromfluss aus

Bis dahin ist der Weg allerdings noch weit. Die mechanische Bewegung muss stets die gleiche Richtung haben, damit ein Strom fließt. Wenn der Generator hin und her bewegt wird, löschen sich die entstehenden Ströme aus. Die US-Wissenschaftler glauben, dass es noch andere Werkstoffe gibt, die überraschende Eigenschaften bekommen, wenn sie nur dünn genug sind. MoS2 sei ein „elegantes Beispiel dafür, wie sich die Welt verändert, wenn Werkstoffe auf die Größe eines Atoms schrumpfen“, sagt Hone.

Prof. James Hone (r.) und Postdoktorand Lei Wang haben den hauchdünnen Generator entwickelt, der sich beispielsweise in Kleidungsstücke einarbeiten lässt. 

Prof. James Hone (r.) und Postdoktorand Lei Wang haben den hauchdünnen Generator entwickelt, der sich beispielsweise in Kleidungsstücke einarbeiten lässt. 

Foto: Jane Nisselson

Zhong Lin Wang wiederum glaubt, dass es nicht beim Nanogenerator bleiben muss. „Unsere Forschungsarbeiten können zu kompletten Nanosystemen führen, die sich durch Bewegung selbst mit Strom versorgen.“

Von Wolfgang Kempkens

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