Triple Energy Harvester

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Bislang „zapften“ die meisten Energiesammler eine einzige Quelle an, um kleine Mengen an Energie zu gewinnen. Nicht genug für eine ganze Reihe von Anwendungen. Besser soll es nun ein spezielles Material machen, das gleichzeitig Licht, Wärme und mechanische Verformungen in Strom verwandelt.

Energy Harvesting ist ein alter Hut, wenn es um die Medienpräsenz geht. Allerdings sind tatsächliche Anwendungen weit seltener zu finden, als Headlines zum Thema. Aufhorchen lies jedoch Anfang des Jahres ein Team von der Microelectronics Research Unit der Universität Oulo aus Finnland, die gleichzeitig Umgebungsenergie aus drei der am weitesten verbreiteten erneuerbaren Energiequellen gewinnen wollten. Der Schlüssel dazu sollte ein neuartiges ferroelektrisches Material sein, auf Basis einer kristallinen Perowskit-Struktur mit dem eingängigen Namen „KBNNO“.

Perowskite sind wichtige Materialien für elektronische und elektromechanische Bauteile. Ihre spontane und schalt­bare Pola­risation macht man sich vor allem bei der Her­stellung nicht flüchtiger Speicher zunutze. Und die mit der Ferro­elektrizität einher­gehenden piezo­elektrischen Eigen­schaften führen zu höchst präzisen mechanischen Aktoren etwa in Rasterkraftmikroskopen oder für die Positionierung bei der Benzineinspritzung.

Umgekehrt wandeln ferroelektrische Materialien sowohl Wärme als auch mechanische Verformungen in nutzbare elektrische Energie um. Und wegen ihrer photoelektrischen Eigenschaften finden Perowskite bereits in Solarzellen mit Wirkungsgraden über 20 Prozent Anwendung. Ein Material mit einer Menge „Talenten“ also.

Proof of Concept für dreifachen Energy Harvester

Bislang konnte allerdings jeweils nur einer der Effekte als Energielieferant dienen. Jetzt haben die Forscher in „Advanced Materials“ den Nachweis gebracht, dass ihre Idee vom „Triple Energy Harvester“ vom Anfang des Jahres auch tatsächlich praktisch umsetzbar ist.

Die Technologie soll innerhalb weniger Jahre marktreif sein, denn die Herstellung von Perowskit-Kristallen ist relativ einfach. Allerdings wird man das Material noch in Hinblick auf die chemische Zusammensetzung optimieren müssen. Aktuell enthält es noch Natrium, was die Bandlücke verringert.

Sollten aber Energy Harvester mit „KBNNO“ tatsächlich in großem Maßstab auf den Markt kommen, warten gigantische Anwendungen auf das Wundermaterial: von der Akku-Ergänzung bis zur Akku-Substitution in allen Arten von kompakten Geräten sowie in den Milliarden von Sensoren im Internet of Things und in Smart Cities.

 

 

 

Energy Harvesting (Bild: University of Oulu)

Neues "Wundermaterial" reagiert auf Druck, Licht und Wärme mit Strom. (Bild: University of Oulu).