T-Shirts als energetische Kraftwerke

Am Georgia Institute of Technology in Atlanta ist es dem Forscher Zhong Lin Wang zusammen mit Jong Min Kim von Samsung Electronics Südkorea gelungen, allein durch die mechanische Bewegung einer piezoelektrischen Faser Strom zu erzeugen. Das entwickelte Material ist ein Mix aus Zinkoxid-Nanodrähten und Kunststoff-Fasern und so dünn und flexibel, dass daraus Garn gesponnen werden kann.

Mit Kevlar-Fasern umwickelt

Die Zinkoxid-Nanodrähte dienen hierbei als Elektroden und liegen auf Kunststoff- und Kevlar-Fasern. Die Kunstofffasern werden von den Kevlar-Fasern umwickelt und in einem Gel-Elektrolyten eingebettet. Dieser erhält die Speicherkapazität des Fadens, und verhindert im aufgeladenen Zustand, dass die Elektronen zwischen Anode und Kathode zu schnell wechseln. So lässt sich die Faser allein durch Bewegung und die daraus resultierende Verschiebung der Atomgitter und Elektronen nahezu unendlich oft auf- und wieder entladen. Bisher reicht der piezoelektrisch erzeugte Strom allerdings höchstens aus, um einzelne Leuchtdioden zu betreiben.

Ein weiterer Ansatz neben der mechanischen Energieerzeugung in Textilfasern ist die Verbesserung des Wirkungsgrads von stromerzeugenden Solarfasern. Am State Key Laboratory of Molecular Engineering of Polymers der Fudan Universität in Shanghai hat man mit dieser Form der Faser-Energiegewinnung jüngst genug Strom erzeugt, um einen mp3-Player zu betreiben. Möglich wird das durch einen komplexen Aufbau der Faser: ein hauchdünner Titandraht wird zunächst mit einem Titandioxid-Nanoröhrchen umschichtet, anschließend verwendete das Forscherteam erstmals eine Schicht aus kugelförmigen Titandiaxid-Nanoteilchen und umschlossen das Ganze mit einem Mantel aus lichtaktiven Kunststoffen. Die im Mantel erzeugten Elektronen konnten nun besser zu den Elektroden der Solarfaser wandern. Im letzten Herstellungsprozess wurde der lichtaktive Faden mit einer Faser aus mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen verdrillt, um die Stabilität zu erhöhen. Gleichzeitig bildete das Kohlenstoff-Röhrchen die Anode der fadenförmigen Solarzellen, der Titan-Kern der Faser diente als Kathode. Problematisch in diesem Herstellungsprozess ist allerdings noch die schnelle mechanische Abnutzung der Faser durch Bewegung und Lufteinfluss.

Forschungsbericht in Advanced Energy Materials: onlinelibrary.wiley.com