Forscher nutzen zerknüllte Aluminiumfolien zur Energieerzeugung
17.08.2023 10:57 Uhr Oliver Bünte
(Bild: Sangmin Lee u. a. (Screenshot))
Zerknüllte Aluminiumfolien und ein speziell beschichteter Zylinder reichen aus, um Strom zu erzeugen. Dazu muss er aber geschüttelt werden.
Ein Team von Maschinenbauingenieuren der Chung-Ang University, des Massachusetts Hospital und der LS Materials and Yonsei University haben mittels zerknüllten Aluminiumfolienkugeln und einem Kunststoffzylinder genug Energie erzeugt, um ein LED-Array sowie eine 30-Watt-Lampe zum Leuchten zu bringen. Die Energie wird durch statische Reibung erzeugt.
Mit statischer Reibung Energie zu erzeugen, ist nicht neu. Jedoch liefern solche Generatoren oft nicht genügend Energie. Dabei könnte durch statische Reibung so viel Energie gewonnen werden, um etwa energiesparende Geräte betreiben zu können, meinen die Wissenschaftler in ihrer in Advanced Science veröffentlichten Studie
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.Die Forschenden bauten deshalb einen kleinen zylinderförmigen Generator mit einer Länge von 100 mm und einem Durchmesser von 50 mm. Die Röhre besteht aus einem Acrylsubstrat, das von einer Schicht Polytetrafluorethylen überzogen ist. An den Enden des Zylinders sind Aluminium-Kappen angebracht, die als Elektroden dienen. Sie leiten die erzeugte Energie über Drähte an externe Geräte weiter.
Erzeugt wird die
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mittels Aluminiumfolien, die zu Kugeln zusammengeknüllt wurden. Drei dieser Bällchen platzierten die Wissenschaftler im Inneren des Zylinders und verschlossen ihn wieder mit den Kappen. Zur Stromerzeugung muss der Generator geschüttelt werden.Ladungsinduktion
Der Energieerzeugungsprozess gliedert sich dabei in drei Abschnitte: den Ausgangszustand, die Aufwärtsbewegung und die Abwärtsbewegung. Im Ausgangszustand werden die Kugeln und die ladungsinduzierende Schicht durch kontinuierlichen Betrieb positiv beziehungsweise negativ geladen. Das rührt daher, dass beide Materialien eine unterschiedliche Elektronenaffinität besitzen.Wird nun eine Antriebskraft angelegt und nähert sich die positiv geladene Aluminiumfolie dadurch der oberen Elektrode, bewegen sich die Elektronen der unteren Elektrode durch elektrostatische Induktion zur oberen Elektrode. Sobald der Zwischenraum zwischen den Kugeln und der oberen Elektrode klein genug ist, sammeln sich dort mehr Elektronen an. Zwischen der entgegengesetzt geladenen Aluminiumfolie und der oberen Elektrode wird ein elektrisches Feld in einem sehr geringen Abstand zwischen den beiden Materialien erzeugt.
Ist das Feld stark genug, kommt es zum Luftdurchbruch, der zu einer Entladung führt. Bei einem höheren elektrischen Feld als dem kritischen Wert des Luftdurchbruchs werden die Elektrodenelektronen direkt in die Luft emittiert und kollidieren mit den Luftmolekülen. Dadurch werden weitere Elektronen und positive Ionen erzeugt. Das führt schließlich zu einer "Elektronenlawine". Durch den Ionisierungsprozess bildet sich ein leitfähiger Kanal. Die direktere Elektronenbewegung erzielt eine hohe Entladungsleistung.
Bewegen sich die Aluminiumfolienbällchen zur unteren Elektrode, lädt diese sich durch den Kontakt mit der ladungserzeugenden Schicht wieder positiv auf. Danach wiederholt sich der Prozess wie bei der Aufwärtsbewegung. Durch den Luftdurchbruch kommt es zu einer hohen Entladungsleistung. Die Ausgangsspitzenspannung, die dabei erreicht wurde, betrug 648 V bei einem Strom von 8,1 mA/cm³.
Die erzielte elektrische Leistung hängt von der Größe der Aluminiumfolienbällchen ab. Bei einem Bällchendurchmesser von 30 mm wurde bei der vorliegenden Zylindergröße die höchste Ausgangsspannung erzeugt, schreiben die Wissenschaftler. Kleinere und größere Bällchen führten dagegen zu schlechteren Ergebnissen. Zum einen, weil kleinere Bällchen nicht vollständig in Kontakt mit der ladungsinduzierenden Schicht kamen. Zum anderen konnten die größeren Bällchen sich nicht aktiv genug zwischen der oberen und unteren Elektrode bewegen und erzielten dadurch eine geringere elektrische Leistung.
Den erzeugten Strom leiteten die Forschenden in ein Array mit 500 LEDs sowie in eine 30-Watt-Lampe. Beide leuchteten.
Die Forschenden sehen ihren Generator als eine alternative Methode an, um Strom zu erzeugen. So könnte er etwa an Wind- oder Wassermühlen befestigt werden, um die nötige Bewegung für den Generator zu erzeugen. Auch die Verbindung mit anderen beweglichen Geräten sei denkbar. Die Aluminiumfolienbällchen können dann aus Umweltschutzgründen aus recyceltem Material hergestellt werden.
(olb [3])
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