Stoffbatterie erzeugt Strom aus Luftfeuchtigkeit

Forschende der National University of Singapore (NUS) haben ein Gerät entwickelt, das Strom aus Luftfeuchtigkeit erzeugt. Die Batterie liefert gemäss einer Mitteilung der Universität mehr elektrische Leistung als eine herkömmliche AA-Batterie. Das Konzept für das Gerät beruhe auf der Fähigkeit verschiedener Materialien, durch die Wechselwirkung mit der Luftfeuchtigkeit Strom zu erzeugen. Die Forschenden hoffen, dass ihre Erfindung dereinst alltägliche Elektronik mit Strom versorgen kann.

Bisher unbefriedigende elektrische Leistung

Zu den grössten Herausforderungen der sogenannten "Moisture-Driven Electricity Generation (MEG)"-Technologie gehöre die Wassersättigung der Geräte, wenn sie der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt seien. Ebenfalls generieren die MEG-Batterien bisher eine zu geringe elektrische Leistung, wie die NUS schreibt. So reiche die von herkömmlichen MEG-Batterien erzeugte Energie nicht aus, um elektrische Geräte zu betreiben.

Um diese Probleme zu überwinden, entwickelte ein Forschungsteam unter der Leitung von Assistenzprofessor Tan Swee Ching von der Abteilung für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen der NUS eine neuartige MEG-Batterie. Diese bestehe aus zwei Bereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften, um die Differenz im Wassergehalt zwischen den Bereichen dauerhaft aufrechtzuerhalten. Dadurch könne die Stromerzeugung über hunderte Stunden aufrechterhalten werden.

So funktioniert die MEG-Batterie

Die neu entwickelte Batterie besteht aus einer nur rund 0,3 Millimeter dicken Stoffschicht, Meersalz, Kohlenstoff-Tinte und einem speziellen hygroskopischen Gel, wie die NUS mitteilt. Der sogenannte Nassbereich des Gewebes sei mit diesem Hydrogel beschichtet. Das aus Meersalz hergestellte Gel könne mehr als das Sechsfache seines ursprünglichen Gewichts an Wasser aufnehmen und diene dazu, Feuchtigkeit aus der Luft zu gewinnen. Dadurch bleibe die restliche Stofffläche trocken. "Meersalz wurde als wasserabsorbierende Substanz gewählt, weil es ungiftig ist und eine nachhaltige Option für Entsalzungsanlagen darstellt, um das anfallende Meersalz und die Sole zu entsorgen", erklärt Tan Swee Ching.

Sobald die Stoffbatterie zusammengebaut sei, werde Elektrizität erzeugt, da die Meersalz-Ionen getrennt werden, während das Wasser im feuchten Bereich absorbiert wird. Freie Ionen mit einer positiven Ladung (Kationen) werden von den negativ geladenen Kohlenstoff-Nanopartikeln absorbiert, wie die Universität schreibt. Dadurch verändere sich die Oberfläche des Gewebes, und es entstehe ein elektrisches Feld an der Oberfläche - ein 1,5 auf 2 Zentimeter grosses Stück des Gewebes liefere bei konstanten Bedingungen 150 Stunden lang bis zu 0,7 Volt. Die Veränderungen an der Oberfläche verleihe dem Gewebe auch die Fähigkeit, Strom für eine spätere Verwendung zu speichern.

Die Stoffbatterie in Aktion. (Source: NUS)

Kommerzialisierung geplant

Das NUS-Team habe die Skalierbarkeit seiner neuen Erfindung bei der Stromerzeugung für verschiedene Anwendungen nachgewiesen. Die Forschenden verbanden drei Teile des stromerzeugenden Gewebes miteinander und setzten diese in ein 3D-gedrucktes Gehäuse von der Grösse einer herkömmlichen AA-Batterie ein, wie die NUS weiter mitteilt. Die Spannung des zusammengebauten Geräts habe bis zu 1,96 Volt betragen - die Spannung einer handelsüblichen AA-Batterie beträgt etwa 1,5 Volt - was ausreiche, um kleine elektronische Geräte wie einen Wecker mit Strom zu versorgen.

Dank der Skalierbarkeit, der einfachen Beschaffung der handelsüblichen Rohstoffe sowie der niedrigen Herstellungskosten von etwa 10 Rappen pro Quadratmeter eigne sich die NUS-Erfindung für die Massenproduktion. Wie die Universität mitteilt, haben die Forschenden die Technologie zum Patent angemeldet und untersuchen mögliche Kommerzialisierungsstrategien für reale Anwendungen.

Übrigens: Auch in der Schweiz werden neue Batterietechnologien erforscht. Ein Forscher-Team der Empa stellte kürzlich eine durch Wasser aktivierbare Papierbatterie vor, wie Sie hier lesen können.