Neue Maschine erzeugt Strom aus Schneeball

• Forscher bauen das erste Gerät seiner Art, um statische Elektrizität aus fallendem Schnee zu erzeugen.
• Es kann in Sonnenkollektoren integriert werden, um bei Schnee eine kontinuierliche Stromversorgung zu gewährleisten.
• Es funktioniert auch als autarker Sensor zur Überwachung der Windrichtung und der Schneefallrate.

In Schneefallgebieten ist der Zugang zu grünen, erneuerbaren Energiequellen wie Windturbinen und Solarenergie ziemlich schwierig. Extreme Wetterbedingungen wie kurze Tageslichtperioden, längere Wolkenbedeckung, Minusgrade und starke Schneeansammlungen können die Energieerzeugung beeinträchtigen.

Mehrere alternative Techniken nutzen solche lokalen Wetterbedingungen und bieten eine tragfähigere Energieerzeugungsstrategie. Gewöhnliche meteorologische Sensoren und Wetterstationen haben jedoch viele Einschränkungen, zum Beispiel ihre Fähigkeit, in solch extremen Umgebungen zu arbeiten, komplexes Design, Kosten und die Notwendigkeit einer nachhaltigen Stromquelle, um effektiv zu funktionieren.

Vor kurzem haben Forscher der University of California in Los Angeles ein neues Gerät entwickelt, das Strom aus fallendem Schnee erzeugen kann. Es ist ein kostengünstiges erstes Gerät seiner Art, das flexibel wie eine Plastikfolie ist.

Schneebasierter triboelektrischer Nanogenerator

Dieses clevere Gerät kann die fallende Schneemenge, die Schneerichtung sowie die Windgeschwindigkeit untersuchen. Der Nanogenerator erzeugt Ladung durch statische Elektrizität und erzeugt Energie durch den Austausch von Elektronen.

Wenn ein Material mit einem anderen interagiert, fängt es Elektronen ein, während das andere Elektronen abgibt. So kann man die Ladungen trennen und statische Elektrizität erzeugen.

In diesem Fall enthält Schnee positive Ladungen und ist bereit, Elektronen abzugeben. Das Forscherteam verwendete ein synthetisches gummiähnliches Material (Silikon), das neben Wasserstoff, Kohlenstoff und anderen Elementen aus Sauerstoff- und Siliziumatomen besteht. Da dieses Material negative Ladungen enthält, erzeugt es bei Kontakt mit Schnee eine Ladung, die vom Gerät aufgefangen wird, um Strom zu erzeugen.

Referenz:Science Direct | DOI:10.1016/j.nanoen.2019.03.032 | UCLA  

Dieses kostengünstige 3D-gedruckte Gerät besteht aus einer Silikonschicht und einer Elektrode zum Auffangen der Ladung. Es ist einfach herzustellen aufgrund der breiten Verfügbarkeit von Silikon, das in einer breiten Palette von Produkten, von biomedizinischen Implantaten bis hin zur Isolierung von Elektrokabeln, umfassend verwendet wird.

Für eine optimale Leistung sollte das Material in der Lage sein, so viele Elektronen wie möglich zu sammeln. Die Forscher testeten verschiedene Materialien für diese Aufgabe und stellten fest, dass Silikon mehr Ladung erzeugt als andere Materialien wie Teflon und Aluminiumfolien.

Genauer gesagt kann das Gerät eine Leistungsdichte von 0,2 mW/m ² . erzeugen , und eine Leerlaufspannung von bis zu 8V. Es kann in konventionelle Solarmodule integriert werden, um bei Schnee eine kontinuierliche Stromversorgung zu gewährleisten.

Andere Verwendungen

Der Nanogenerator kann Wintersportarten wie Skifahren genau überwachen und die Leistung der Sportler beim Springen, Laufen oder Gehen verbessern. Es kann auch Parameter identifizieren, die mit einer Smartwatch nicht erfasst werden können, wie zum Beispiel die wichtigsten Bewegungsmuster beim Langlaufen.

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Es könnte der nächsten Generation von tragbaren Geräten mit eigener Stromversorgung helfen, die Leistung von Sportlern besser zu verfolgen und zu zeigen, ob sie marschieren, springen, gehen oder rennen.