Stromspeicher zum Aufpumpen
Eine neuartige chemische Speicherzelle lÀsst sich direkt mit mechanischen Bewegungen aufladen.
Eine neuartige chemische Speicherzelle lÀsst sich direkt mit mechanischen Bewegungen aufladen.
Klassisch muss immer erst Strom erzeugt werden, um damit einen Akku aufladen zu können. Diese beiden Prozesse vereinte nun das Team um Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology in Atlanta und schuf einen mechanisch-chemischen Stromspeicher. HerzstĂŒck dieser neuartigen Batterie ist eine piezoelektrische Spezialmembran, die direkt aus Bewegungen Strom erzeugt und speichert.
"Beinah alles, was mechanische AktivitĂ€t beinhaltet, könnte den Druck fĂŒr das Laden liefern", sagt Wang. FĂŒr den Prototyp nutzte er einen Polyvinylidenfluorid-Film (PVDF) als Membran. Die Kathode der Batterie bestand aus Lithiumkobaltdioxid und die Anode aus Titandioxid-Röhrchen auf einer Titan-Schicht. Dieses Modul setzten sie in eine Schuhsohle. Beim Gehen konnte so mechanischer Druck auf die Membran ausgeĂŒbt werden. Dabei verformte sich sich und erzeugte ĂŒber den piezoelektrischen Effekt ein Spannung, die Lithium-Ionen von der Kathode lösen und durch die Membran zur Anode wandern lieĂ.
Dort angekommen, reagierten die Lithium-Ionen mit dem Anodenmaterial zu Lithiumtitanoxid. Wie in einem klassisch aufgeladenen Akku konnten die Lithium-Ionen wieder freigesetzt werden und dabei Elektronen in einen Stromkreislauf abgeben. Die Forscher erreichten mit einem rhythmisch ausgeĂŒbten Druck bei einer Schreitfrequenz von 2,3 Hertz binnen vier Minuten eine Ladungssteigerung von 327 auf 395 Millivolt. Innerhalb von zwei Minuten konnte die Zelle bei einem Stromfluss von einem Milliampere wieder entladen werden und erreichte etwa eine KapazitĂ€t von 0,036 Milliamperestunden.
Diese Stromausbeute ist zwar sehr gering, reichte jedoch zum Betrieb eines kleinen Taschenrechners aus. "Wenn wir das GehĂ€usematerial verbessern, wird sich die Effizienz noch weiter erhöhen", schĂ€tzt Wang. Denn bisher wurde ein GroĂteil der mechanischen Energie vom relativ festen GehĂ€use absorbiert. Mit flexibleren und zugleich stabilen Ummantelungen können sich die Forscher viele Einsatzfelder von einem noch effizienteren Minikraftwerk in der Schuhsohle bis zu zusĂ€tzlichen Stromspeicherkomponenten beispielsweise in Wellenkraftwerken vorstellen.
Quelle: "Hybridizing Energy Conversion and Storage in a Mechanical-to-Electrochemical Process for Self-Charging Power Cell", Xinyu Xue, Zhong Lin Wang et al., Nano Letters, doi: 10.1021/nl302879t (bsc [1])
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