Neues Gerät erzeugt Strom aus Luftfeuchtigkeit

Wissenschaftler aus Singapur treiben mit innovativer Entwicklung die MEG-Technologie voran

Forscher um Tan Swee Ching (Mitte) mit neuartigem MEG-Gerät (Foto: nus.edu.sg)

Singapur (pte005/19.08.2022/06:15)

Forscher der National University of Singapore (NUS) http://nus.edu.sg haben ein selbstaufladendes, ultradünnes Gerät entwickelt, das Strom aus Luftfeuchtigkeit erzeugt. Es besteht aus einer nur 0,3 Millimeter breiten Stoffschicht, Meersalz, Kohlenstofftinte und einem wasserabsorbierenden Gel. Der Artikel zur Studie ist in der Fachzeitschrift "Advanced Materials" erschienen.

Hohes Anwendungspotenzial

Das neuartige Gerät zur feuchtigkeitsgesteuerten Stromerzeugung (MEG) funktioniert dank der Fähigkeiten verschiedener Materialien. Damit hat es laut den NUS-Forschern das Potenzial für zahlreiche Anwendungen, darunter selbstversorgte Geräte wie tragbare Elektronik, Gesundheitsüberwachungs-Gadgets, elektronische Hautsensoren und Informationsspeichergeräte. Zu den Herausforderungen bei MEG-Technologien gehören die Wassersättigung des Geräts, wenn es der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt ist sowie eine unzureichende elektrische Leistung.

So reicht die von herkömmlichen MEG-Geräten erzeugte Elektrizität bislang nicht aus, um elektrische Geräte zu betreiben. Zudem sind diese nicht nachhaltig. Um diese Probleme zu überwinden, haben die NUS-Forscher vom College of Design and Engineering unter der Leitung von Tan Swee Ching das neue MEG-Gerät entwickelt. Es enthält zwei Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften, um den Unterschied im Wassergehalt zwischen den Bereichen dauerhaft aufrechtzuerhalten. So wird Strom erzeugt und zugleich eine elektrische Leistung über hunderte Stunden ermöglicht.

"Batterie" auf Gewebebasis

Die dünne Gewebeschicht des MEG-Geräts wurde mit Kohlenstoffnanopartikeln beschichtet. Die Wissenschaftler nutzen ein handelsübliches Gewebe aus Holzzellstoff und Polyester. Der Nassbereich des Gewebes ist mit einem hygroskopischen ionischen Hydrogel beschichtet. Das aus Meersalz hergestellte, wasserabsorbierende Gel kann mehr als das Sechsfache seines ursprünglichen Gewichts aufnehmen und Feuchtigkeit aus der Luft gewinnen. Das andere Ende des Gewebes ist der trockene Bereich, da er keine hygroskopische ionische Hydrogelschicht enthält.

Das MEG-Gerät erzeugt Elektrizität, sobald die Meersalzionen getrennt werden, während das Wasser im feuchten Bereich absorbiert wird. Freie Ionen mit positiver Ladung werden von Kohlenstoff-Nanopartikeln absorbiert, die negativ geladen sind. Dadurch verändert sich die Oberfläche des Gewebes. Es entsteht ein elektrisches Feld an der Oberfläche. Diese Veränderungen an der Oberfläche verleihen dem Gewebe auch die Fähigkeit, Elektrizität für eine spätere Verwendung zu speichern.

Elektrische Leistung stabil

Durch eine einzigartige Anordnung von Nass-Trocken-Bereichen haben die NUS-Forscher einen hohen Wassergehalt im Nassbereich und einen niedrigen Wassergehalt im Trockenbereich aufrechterhalten. Dadurch bleibt die elektrische Leistung auch dann konstant, wenn der feuchte Bereich mit Wasser gesättigt ist. Nach 30 Tagen in einer offenen, feuchten Umgebung blieb der Wassergehalt in der feuchten Region erhalten, was die Effektivität der Vorrichtung bei der Aufrechterhaltung der elektrischen Leistung beweist.

"Mit dieser einzigartigen asymmetrischen Struktur ist die elektrische Leistung unseres MEG-Bauelements im Vergleich zu früheren MEG-Technologien deutlich verbessert, so dass es viele gängige elektronische Geräte wie Gesundheitsmonitore und tragbare Elektronik mit Strom versorgen kann", erklärt Tan. Das MEG-Gerät zeige zudem eine hohe Flexibilität und halte Belastungen durch Verdrehen, Rollen und Biegen stand.

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