Energy Harvesting: Transparente und dehnbare Dünnschicht-Elektrode

Mit einer Dünnschicht-Elektrode (Nanogenerator) auf einem Handschuh lassen sich verbaute LEDs ohne externe Energiequelle selbst mit Strom versorgen. Dieser Ansatz von Energy Harvesting eröffnet neue Möglichkeiten für Wearables.

Japanische Forscher der Universität Nagoya haben einen transparenten und dehnbaren triboelektrischen Nanogenerator (TENG) für Energy Harvesting entwickelt, welches die Eigenschaften einer Schicht von Kohlenstoff-Nanoröhren innerhalb einer transparenten Elastomermatrix nutzt.

Dehnbare TENGs sind dafür interessant, da sie Strom im Prinzip einfach dadurch erzeugen, dass unterschiedliche Materialien mechanisch in Kontakt kommen. Entstanden ist unter anderem ein Nanogenerator in den Maßen 12 cm x 12 cm, der eine Transparenz von 92% bietet und mit dem sich bis zu 30 blaue in Reihe geschaltete LEDs versorgen lassen.

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Außerdem haben die Forscher ihren transparenten Nanogenerator (TENG) mit einer Dicke von 500 µm auf die Handfläche des Handschuhs angebracht. Mit einem Draht aus CNT (Kohlenstoff-Nanoröhrchen) wurde die auf der Rückseite angebrachten 16 in Reihe geschalteten blauen LEDs verbunden. Klatschen reicht aus, um die LEDs zum Leuchten zu bringen.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufsprühen

Der Grund für die verbesserte Ausgangsleistung ist die aufgetragene Dünnschicht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT). Dieses Netzwerk bildet einen ausgezeichneten Leiter mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und der genannten optischen Transparenz. Zudem ist die Schicht mechanisch beständig und chemisch stabil. Die Forscher haben die Oberfläche zudem mit einem transparenten Elastomer (PDMS) zusammen mit einem fluorhaltigen Plasma optimiert.

Das Besondere an der jetzt entwickelten Methode ist, dass der Herstellungsprozess vereinfacht werden konnte. Dazu genügt es, die Nanoröhrchen im Sprühverfahren auf die Oberfläche aufzubringen. Im Vergleich zu früheren, dehnbaren TENGs reichte die Ausgangsleistung für einen praktischen Einsatz oftmals nicht aus. Mit der jetzt vorgestellten Methode sind bis zu 8 W/m² möglich.

Der Grund für die verbesserte Ausgangsleistung ist die aufgetragene Dünnschicht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT). Dieses Netzwerk bildet einen ausgezeichneten Leiter mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und der genannten optischen Transparenz. Zudem ist die Schicht mechanisch beständig und chemisch stabil. Die Forscher haben die Oberfläche zudem mit einem transparenten Elastomer (PDMS) zusammen mit einem fluorhaltigen Plasma optimiert.

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