Mithilfe des Prinzips der Triboelektrizität haben Forscher einen relativ einfachen und optimalen Weg gefunden, elektrische Ladungen zu erzeugen. Der Durchbruch könnte eine Möglichkeit bieten, Wearables und andere Geräte ohne Batterien mit Strom zu versorgen.
Im Bereich der sauberen Energieerzeugung ist die Triboelektrizität ein relativ unbekanntes Gebiet. Es ist im Grunde dasselbe wie statische Elektrizität – Energie entsteht durch Reibung, wenn zwei Oberflächen reiben oder auseinandergezogen werden. Obwohl dieser Ansatz keine großen Mengen an Strom erzeugen kann und daher niemals Wind-, Solar-, Geothermie- und andere grüne Energieinitiativen ersetzen wird, könnte er in kleineren Anwendungen wie medizinischen Geräten und tragbarer Technologie seinen Platz finden.
Tatsächlich wurde Triboelektrizität zur Entwicklung von Sensoren zur Erkennung des Quecksilbergehalts in Lebensmitteln genutzt; Auf Bäumen montierte Geräte zur Überwachung von Waldbränden, die Kohlenmonoxid und Temperaturänderungen erkennen können; und spezielle Garne, die jeden Stoff in ein Mikrokraftwerk verwandeln können. Forscher der University of Alabama haben sogar einen kostengünstigen triboelektrischen Generator aus doppelseitigem Klebeband und Kunststofffolie entwickelt.
Nun hat ein Forscherteam aus Brüssel, Australien und Hongkong ein weiteres Geheimnis der Wirksamkeit des triboelektrischen Effekts gelüftet. Nach Experimenten mit verschiedenen Materialien stellten die Wissenschaftler nanoskalige Kunststoffkügelchen aus Melamin und Formaldehyd her. Sie fanden dann heraus, dass die Größe der Hybridkügelchen der Schlüssel zum Erfolg einer effizienten triboelektrischen Energieerzeugung war.
Insbesondere fanden sie heraus, dass größere Perlen tendenziell eine negative Ladung aufwiesen, während kleinere Perlen eher eine positive Ladung aufwiesen. Durch die Entwicklung eines Systems namens triboelektrischer Nanogenerator (TENG) mit kleineren Kügelchen auf einer Seite des Films und größeren Kügelchen auf der anderen Seite soll mehr Strom erzeugt werden können, als andere triboelektrische Methoden normalerweise leisten können. Dazu gehören Methoden, die auf dem Reiben zweier rauer Oberflächen beruhen, um eine elektrische Ladung zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass der während des Experiments gemessene Stromausgang nur im Nanoamperebereich lag, sodass wir uns nicht zu sehr aufregen müssen.
Die Perlen reiben nicht aneinander, was auch bedeutet, dass sie länger halten. Tests haben gezeigt, dass sie 10.000 Zyklen standhalten. Die Forscher sagen auch, dass die Perlen ohne den Einsatz von Lösungsmitteln hergestellt werden können, was ihre Herstellung billiger macht, und wenn sie abgenutzt sind, können sie mit nur einer Pulverschicht erneuert werden.
„Unsere Studie zeigt, dass kleine Änderungen in der Materialauswahl die Effizienz der Energieerzeugung erheblich verbessern können“, sagte der Hauptautor der Studie, Ignaas Jimidar von der Université Libre de Bruxelles. „Dies eröffnet neue Möglichkeiten für den Einsatz triboelektrischer Nanogeneratoren im täglichen Leben, ohne auf herkömmliche Energiequellen angewiesen zu sein.“
Die Ergebnisse wurden in einem in der Zeitschrift Small veröffentlichten Artikel detailliert beschrieben.