Ein Armband aus gewebtem Gewebe mit speziellen Energy-Harvesting-Strängen, die Elektrizität aus Sonne und Bewegung sammeln. (Kredit: Georgia Tech)
Ein neuer Stoff erntet Energie aus Sonne und Bewegung zugleich.
Stoffe, die durch körperliche Bewegung Elektrizität erzeugen können, sind seit einigen Jahren in Arbeit, und dies ist der nächste Schritt.
Die Kombination von zwei Arten der Stromerzeugung in einem Textil ebnet den Weg für die Entwicklung von Kleidungsstücken, die Energie für Geräte wie Smartphones oder GPS bereitstellen können.
"Dieses Hybrid-Power-Textil bietet eine neuartige Lösung für Ladegeräte im Feld von etwas so Einfachem wie der Wind an einem sonnigen Tag", sagt Zhong Lin Wang, Professor an der School of Materials Science and Engineering des Georgia Institute of Technology.
Um das Gewebe herzustellen, verwendete Wangs Team eine kommerzielle Textilmaschine, um Solarzellen aus leichten Polymerfasern mit faserbasierten triboelektrischen Nanogeneratoren zu verbinden.
Triboelektrische Nanogeneratoren verwenden eine Kombination aus dem triboelektrischen Effekt und der elektrostatischen Induktion, um eine geringe Menge an elektrischer Energie durch mechanische Bewegung wie Rotation, Gleiten oder Vibration zu erzeugen.
Wang geht davon aus, dass der neue Stoff, der 320-Mikrometer dick ist und mit Wollfäden verwoben ist, in Zelte, Vorhänge oder tragbare Kleidungsstücke integriert werden kann.
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"Der Stoff ist hochflexibel, atmungsaktiv, leicht und an verschiedene Anwendungen anpassbar", sagt Wang.
Faserbasierte triboelektrische Nanogeneratoren fangen die Energie auf, die entsteht, wenn bestimmte Materialien elektrisch geladen werden, nachdem sie in Kontakt mit einem anderen Material gekommen sind. Für den sonnenlichtdurchflutenden Teil des Stoffes verwendete Wangs Team photoanoden in Drahtform, die mit anderen Fasern verwebt werden konnten.
"Das Rückgrat des Textils besteht aus häufig verwendeten Polymermaterialien, die kostengünstig herzustellen und umweltfreundlich sind", sagt Wang. "Die Elektroden werden auch durch ein kostengünstiges Verfahren hergestellt, wodurch eine großtechnische Fertigung ermöglicht wird."
Bei einem ihrer Experimente verwendete Wangs Team einen Stoff, der nur etwa so groß war wie ein Blatt Büropapier, und befestigte ihn wie eine kleine bunte Fahne an der Stange. Als sie in einem Auto die Fenster herunterrollten und die Fahne im Wind wehten, konnten die Forscher an einem bewölkten Tag von einem fahrenden Auto aus viel Kraft erzeugen. Die Forscher maßen den Output auch mit einem 4-by-5-Zentimeterstück, das einen 2 mF-kommerziellen Kondensator in einer Minute unter Sonneneinstrahlung und Bewegung auf 2-Volt auflädt.
"Das zeigt, dass es selbst in rauen Umgebungen gute Arbeit leistet", sagt Wang.
Während frühe Tests zeigen, dass das Gewebe wiederholten und rigorosen Gebrauch standhalten kann, werden die Forscher auf seine langfristige Haltbarkeit achten. Die nächsten Schritte umfassen auch die weitere Optimierung des Gewebes für industrielle Anwendungen, einschließlich der Entwicklung einer geeigneten Einkapselung, um die elektrischen Komponenten vor Regen und Feuchtigkeit zu schützen.
Die Arbeit erscheint im Journal Nature Energy.
Die Finanzierung kam von der Hightower Chair Foundation, KAUST und dem "Tausende Talente" -Programm für Pionierforscher und sein Innovationsteam, National Natural Science Foundation of China, und den Fundamental Research Funds für die Central Universities. Alle Schlussfolgerungen oder Empfehlungen sind die der Autoren und repräsentieren nicht unbedingt die offiziellen Ansichten der Trägerorganisationen.
Quelle: Georgia Tech
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