02.09.2021 - North Carolina State University

Mit flüssigem Metall Bewegung in Strom verwandeln - sogar unter Wasser

Um Strom zu erzeugen, muss man es nur quetschen, verdrehen oder dehnen

Forscher der North Carolina State University haben ein weiches, dehnbares Gerät entwickelt, das Bewegung in Strom umwandelt und sowohl in trockener als auch in nasser Umgebung funktioniert.

"Mechanische Energie - wie die kinetische Energie von Wind, Wellen, Körperbewegungen und Vibrationen von Motoren - gibt es in Hülle und Fülle", sagt Michael Dickey, korrespondierender Autor eines Artikels über die Arbeit und Camille & Henry Dreyfus Professor of Chemical and Biomolecular Engineering an der NC State. "Wir haben ein Gerät entwickelt, das diese Art von mechanischer Bewegung in Elektrizität umwandeln kann. Und eine seiner bemerkenswerten Eigenschaften ist, dass es perfekt unter Wasser funktioniert."

Das Herzstück des Energiesammlers ist eine Flüssigmetalllegierung aus Gallium und Indium. Die Legierung ist von einem Hydrogel umhüllt - einem weichen, elastischen, mit Wasser gequollenen Polymer.

Das Wasser im Hydrogel enthält gelöste Salze, sogenannte Ionen. Die Ionen lagern sich an der Oberfläche des Metalls an, was zu einer Aufladung des Metalls führen kann. Durch die Vergrößerung der Fläche des Metalls entsteht eine größere Oberfläche, die Ladungen anzieht. Dadurch wird Elektrizität erzeugt, die von einem am Gerät angebrachten Draht aufgefangen wird.

"Da das Gerät weich ist, kann es durch jede mechanische Bewegung verformt werden, einschließlich Quetschen, Dehnen und Verdrehen", sagt Dickey. "Das macht es vielseitig für die Gewinnung mechanischer Energie einsetzbar. Das Hydrogel ist zum Beispiel elastisch genug, um auf das Fünffache seiner ursprünglichen Länge gedehnt zu werden.

In Experimenten fanden die Forscher heraus, dass eine Verformung des Geräts um nur wenige Millimeter eine Leistungsdichte von etwa 0,5 mW m-2 erzeugt. Diese Menge an Elektrizität ist vergleichbar mit mehreren gängigen Technologien zur Energiegewinnung.

"Andere Technologien funktionieren jedoch in feuchten Umgebungen nicht gut oder gar nicht", sagt Dickey. "Diese einzigartige Eigenschaft kann Anwendungen von biomedizinischen Bereichen über Sportbekleidung bis hin zu Meeresumgebungen ermöglichen. Außerdem ist das Gerät einfach herzustellen.

"Es gibt einen Weg, die Leistung zu erhöhen, daher betrachten wir die hier beschriebene Arbeit als Proof-of-Concept-Demonstration."

Die Forscher haben bereits zwei verwandte Projekte auf den Weg gebracht.

Ein Projekt zielt darauf ab, die Technologie zur Stromversorgung von tragbaren Geräten zu nutzen, indem die Leistung des Harvesters erhöht wird. Das zweite Projekt untersucht, wie diese Technologie zur Nutzung von Wellenenergie aus dem Meer eingesetzt werden könnte.

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