Ein Team von Wissenschaftlern hat ein Gerät entwickelt, das durch Ausnutzung der molekularen Bewegung von Flüssigkeiten einen stabilen elektrischen Strom erzeugt. Diese Innovation könnte die Nanotechnologie vorantreiben und der sauberen Energie, die gegen äußere Kräfte immun ist, eine neue Dimension verleihen. Die Wellenenergietechnologie ist eine bewährte Energieerzeugungstechnologie, aber jedes flüssige Molekül auf der Erde enthält Energie, selbst wenn die Flüssigkeit ruht. Auf molekularer Ebene sind Atome und Ionen ständig in Bewegung. Wenn die durch diese nanoskalige Bewegung erzeugte Fähigkeit genutzt werden kann, wird sie sicherlich zu einer wichtigen neuen Energiequelle.
Der Autor Luan Yucheng sagte: „Auf der Erde gibt es große Mengen an Luft und Flüssigkeit, und deren erfolgreiche Gewinnung kann enorme Energie für die Gesellschaft produzieren.“ In einem Artikel, der diese Woche in „APLMaterials“ von AIP Publishing veröffentlicht wurde, testeten Luan Yucheng und seine Mitarbeiter ein molekulares Energiegewinnungsgerät, das Energie aus der natürlichen Bewegung von Molekülen in Flüssigkeiten gewinnen kann. Ihre Arbeit zeigt, dass molekulare Bewegung genutzt werden kann, um stabile elektrische Ströme zu erzeugen.
Um das Gerät zu entwickeln, tauchten die Forscher Nanoarrays aus piezoelektrischem Material in eine Flüssigkeit und ließen die Nanoarrays durch die Bewegung der Flüssigkeit bewegen, ähnlich wie Seetang, der sich im Ozean bewegt. Nur in diesem Fall erfolgte die Bewegung im unsichtbaren molekularen Maßstab und die Nanoarrays bestanden aus Zinkoxid. Das Zinkoxidmaterial wurde ausgewählt, weil es piezoelektrische Eigenschaften hat, was bedeutet, dass es eine elektromotorische Kraft erzeugt, wenn es sich in Bewegung wellt, biegt oder verformt.
Luan Yucheng sagte: „Als gut untersuchtes piezoelektrisches Material kann Zinkoxid leicht verschiedene Nanostrukturen, einschließlich Nanowhisker, synthetisieren. Nanowhisker sind saubere und geordnete Strukturen, die aus vielen Nanodrähten bestehen, ähnlich den Borsten einer Zahnbürste.“
Mit solchen Energieerntemaschinen könnte der Grundstein für Nanotechnologie wie implantierbare medizinische Geräte gelegt werden, und sie könnten auch zu vollwertigen Generatoren und zur Energieerzeugung im Kilowattmaßstab skaliert werden. Ein wesentliches Designmerkmal des Geräts besteht darin, dass es nicht auf äußere Kräfte angewiesen ist, was sein Potenzial als bahnbrechende saubere Energiequelle erhöht.
„Das Kollektorgerät für molekulare thermische Bewegung erfordert keine externe Stimulation, was einen großen Vorteil im Vergleich zu anderen Energieerntegeräten darstellt“, sagte Luan. „Derzeit wird elektrische Energie hauptsächlich aus externen Energiequellen wie Windenergie, Wasserenergie, Sonnenenergie usw. gewonnen. Diese Arbeit eröffnet die Möglichkeit, elektrische Energie durch die thermische Bewegung flüssiger Moleküle zu erzeugen, die aus der inneren Energie des physikalischen Systems stammt und sich wesentlich von gewöhnlicher mechanischer Bewegung unterscheidet.“
Die Forscher arbeiten bereits an der nächsten Phase des Designs und erhöhen die Energiedichte des Geräts, indem sie verschiedene Flüssigkeiten, piezoelektrische Hochleistungsmaterialien, neue Gerätearchitekturen testen und das Gerät vergrößern.
„Wir glauben, dass dieses neue System in naher Zukunft zu einer unverzichtbaren Möglichkeit für den Menschen werden wird, elektrische Energie zu gewinnen.“