Ein Handy, dessen Akku niemals leer wird, weil es sich an den Schallwellen der Telefongespräche wieder auflädt – klingt fantastisch, ist aber nicht so weit hergeholt wie es klingt. Amerikanische Forscher haben jetzt entdeckt, dass piezoelektrische Bauteile, auf Nano-Maßstab reduziert, tatsächlich Energie aus Druckwellen gewinnen können.
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Die Kapazität und Lebensdauer ihrer Akkus ist eines der großen Schwachstellen von Notebooks, mp3-Playern oder Handys. Bisher ist es den Herstellern nicht gelungen, Batterien zu produzieren, die nicht nur sehr klein sind, sondern auch den Energiebedarf der zahlreichen Anwendungen auf diesen Geräten längere Zeit ohne Wiederaufladen decken können. Jetzt aber hat Tahir Cagin, Professor für chemische Ingenieurswissenschaften an der Texas A&M Universität, gemeinsam mit Kollegen der Universität von Houston eine Möglichkeit entdeckt, winzige, sich selbst aufladende Akkus zu erzeugen.
Spannung durch Druck
Schlüssel zu dieser Technologie sind piezoelektrische Bauteile, die als solches nichts Neues sind. Abgeleitet von dem griechischen Wort „piezin“ – pressen – sind dies meist kristalline oder keramische Materialien, die Spannung erzeugen, wenn sie einem mechanischen Druck unterzogen werden. Ein elektrisches Feld beeinflusst ihre Eigenschaften ebenfalls. Cagin und seine Mitforscher entdeckten nun, dass sich das Verhalten dieser Bauteile deutlich ändert, wenn man sie stark verkleinert.
„Wenn Materialien auf den Nanomaßstab verkleinert werden, verändern sich ihre Eigenschaften in einigen Gebieten dramatisch”, so Cagin. Er vergleicht dies mit dem Wechsel von einem Material in der Größe eines Strommastes hin zu demselben Material in nur noch der Dicke eines Haares. „Bei einem so signifikanten Wechsel in der Größe reagieren Materialien unterschiedlich“, so Cagin. Das müsse bei Forschungen in diesem Größenbereich berücksichtigt werden.
Druck durch Schallwellen reicht schon aus
„Eines dieser Beispiele sind die piezoelektrischen Materialien. Wir haben gezeigt, dass man die Energieausbeute um 100 Prozent verbessern kann, wenn man auf einen Größenbereich zwischen 20 und 23 Nanometer herunter geht.“ Der Trick dabei: Wo bei größeren Stücken stärkerer mechanischer Druck benötigt wird, um Spannung zu erzeugen, reicht im Mini-Maßstab schon eine leichte Zunahme des Luftdruck – beispielsweise durch eine Schallwelle.
„Selbst die Turbulenzen in Form von Schallwellen wie die Druckwellen in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen könnten für die Energieversorgung von Nano- und Mikrogeräten der Zukunft genutzt werden, wenn diese Materialien für diesen Zweck entsprechend hergestellt werden“, erklärt Cagin im Fachjournal „Physical Review B“. Insbesondere für Geräte mit niedrigerem Energiebedarf wie Handys, PDAs, Notebooks oder mp3-Player könnten winzige Piezoakkus möglicherweise die Energielieferanten der Zukunft darstellen. Noch allerdings ist dies noch Grundlagenforschung.
(Texas A&M University, 05.12.2008 – NPO)
