Forscher 3D-drucken triboelektrischen Nanogenerator “W-TENG”

Ein Forscher-Team des in South Carolina, USA, ansässigen Clemson Nanomaterials Institute (CNI) entwickelte mit dem Einsatz von 3D-Drucktechnologien einen drahtlosen triboelektrischen Nanogenerator namens “W-TENG”, welcher durch Bewegung sowie Vibrationen Strom erzeugen kann.

Mittlerweile gibt es viele Arten und Weisen Energie und Strom zu erzeugen. Eine dieser Energien ist Triboelektrizität, eine umweltfreundliche elektrische Ladung, welche ausschließlich durch Reibung erzeugt wird.

Mit dem Glauben, man könne die gesamte Erde mit einer solchen Energie antreiben, entwickelten Forscher des US-amerikanischen Clemson Nanomaterials Institute (CNI) bereits im vergangenen Jahr einen triboelektrischen Nanogenerator mit dem Namen “W-TENG”. Dieser wurde aus Kunststoff- sowie Tape-Materialien hergestellt. Beide Komponenten weisen gegenüber Elektronen ein so antagonistisches Verhalten auf, dass diese schlussendlich Spannung erzeugen, wenn sie zusammengeführt werden.

Der 3D-gedruckte triboelektrische Nanogenerator lässt sich durch Reibung oder Vibration, auch schon durch kleine Vibrationen wie Klatschen oder Füße stampfen, aufladen. Diese Einflüsse werden von dem Generator gespeichert und beispielsweise an eine Batterie oder einen Kondensator übertragen.

Durch den Einsatz der Forscher konnte auch die von CNI genutzte 3D-Technologie aktualisiert und verbessert werden. Dank dieser Aktualisierung funktioniert der Nanogenerator nun drahtlos. Weiters wurden Kunststoff-Komponenten durch mehrteilige Fasern, bestehend aus Graphen sowie PLA, ersetzt. Ebenso wurde das originale Kaptonband, welches für das Ergreifen von Elektronen genutzt wurde, durch Teflon ausgetauscht.

Zwar ist die Manipulation von Graphen ein schwieriges Unterfangen, mit einem Prozess namens “Sonifikation”, bei welchem Graphit mit hochfrequenten Schallwellen in Schichten aufgeteilt wird, gelang es den Clemson-Forschern jedoch diese Faser zu verändern. Ebenso ist es durch diese Manipulation in eine Graphen-PLA-Faser nun möglich, diese 3D zu drucken.

Nachdem der “W-TENG” 3D-gedruckt wurde, kann dieser bis zu 3000 Volt erzeugen und speichern. Dies entspricht einer Stromversorgung von zirka 25 Standardsteckdosen. Durch diese enorme Spannung entsteht überdies ein elektrisches Feld, welches drahtlos abgetastet werden kann und somit eine 2-in-1-Stromquelle sowie ein elektronisches Gerät darstellt.

“Es kann Ihnen nicht nur Energie geben, sondern Sie können das elektrische Feld auch als Fernbedienung nutzen”, erklärt Sai Sunil Mallineni, Erstautor der Studie. “Sie können zum Beispiel den W-TENG anzapfen und sein elektrisches Feld als “Knopf” verwenden, um ein Garagentor zu öffnen, oder Sie könnten ein Sicherheitssystem aktivieren – alles ohne Akku, passiv und kabellos.”

Auch der Einsatz dieses 3D-gedruckten Nanogenerators ist vielseitig. Einerseits könnte der “W-TENG” in militärischen Situationen, in welchen die Stromversorgung knapp ist, eingesetzt werden, andererseits auch in Katastrophengebieten oder Entwicklungsländern.

“Mehrere Entwicklungsländer benötigen viel Energie, obwohl wir in solchen Umgebungen möglicherweise keinen Zugang zu Batterien oder Steckdosen haben”, sagte Ramakrishna Podila, der korrespondierende Autor der Studie. “Das W-TENG könnte eine der saubereren Möglichkeiten zur Energiegewinnung in diesen Bereichen sein.”

Momentan bemühen sich die Forscher des Clemson Nanomaterials Institute noch um ein Patent für den 3D-gedruckten “W-TENG”.