Strom "ergehen"

Spezial-Schuhsohle liefert Energie für Handy und Laptop

(Bild: Tom Krupenkin, J. Ashley Taylor / Instep Nanopower)

In Zukunft könnte vielleicht schon ein kurzer Spaziergang ausreichen, um unser Handy, Laptop oder andere tragbare Elektrogeräte mit Strom zu versorgen. US-Forscher haben eine neue Technologie entwickelt, mit der sich die Energie unserer Bewegungen direkt in Strom umwandeln lässt. Es ließe sich auch problemlos in Schuhsohlen einbauen - und so könne man sich die Energie quasi "ergehen", wie die Wissenschaftler berichten.

Die Basis der Technologie bilden zahlreiche Tröpfchen einer leitfähigen Flüssigkeit. Diese liegen zwischen zwei Schichten eines speziell strukturierten Dünnfilms. Jeweils nur bestimmte Bereiche dieses Films sind leitend und dienen als Kontaktfläche.

Bei mechanischem Druck oder Vibration bewegen sich die Tröpfchen, und ihre Überlappung mit der Kontaktfläche verändert sich. Wird sie kleiner, fließt ein Teil der normalerweise zwischen Dünnschicht und Tropfen gehaltenen elektrischen Spannung über einen elektrischen Leiter ab. Dieser "überschüssige" Strom kann nun zum Betreiben von elektrischen Geräten genutzt werden.

Bewegung der Tröpfchen erzeugt Strom
Je höher die Anzahl der aneinander gereihten Tröpfchen, desto höher sei dabei die Stromausbeute, sagen die Forscher. Ein in die Schuhsohlen integriertes System müsste rund 1.000 Tröpfchen umfassen, um rund zehn Watt pro Schuh zu liefern. Quasi "im Gänsemarsch" bewegen sich dann die Tröpfchen in einem eng gewundenen Kanal zwischen zwei Flüssigkeitsreservoirs hin und her und erzeugen so Strom.

Im Fachmagazin "Nature Communications" erläutern Tom Krupenkin und J. Ashley Taylor von der University of Wisconsin ihr "device concept". Das System reagiere sowohl auf Vibrationen als auch auf Druck und sei daher sehr vielseitig einsetzbar. Übertragen werden könnte der Strom dann per Kabel oder aber auch drahtlos per Funkschnittstelle. Im Gegensatz zu herkömmlichen Akkus und Batterien muss dieser "Strom-Sammler" nicht aufgeladen werden, denn die Energie wird durch konstantes Gehen nachgeliefert.

Neues System "schließt eine Lücke"
"Menschen sind sehr starke energieproduzierende Maschinen", sagt Krupenkin. Ein sprintender Mensch könne bis zu einem Kilowatt an Energie erzeugen. "Was bisher fehlte, war eine Technologie, mit der sich diese mechanische Energie effektiv in elektrische umwandeln lässt", sagt der Forscher. Das neue System schließe nun diese Lücke. Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler ihr Verfahren für konkrete Anwendungen anpassen und so praktisch nutzbar machen.

Technologien, die mechanische Bewegung in elektrische Energie umwandeln, existierten bisher fast nur im Makro- oder Mikromaßstab, schreiben die Forscher. Auf der einen Seite stehen dabei Großgeräte wie Windanlagen, auf der anderen leistungsschwache Umwandler in Uhren oder einigen Sensoren. "Was bisher fehlte, ist die Leistung im Wattbereich", sagt Taylor. Diesen für die portable Elektronik benötigten Energiebereich decke nun das neue System ab.

Umweltschonende Alternative zu Batterien
Nach Ansicht der Forscher werden sich Akkus und Batterien zwar in naher Zukunft noch nicht komplett einsparen lassen. Der neue "Energie-Sammler" könne aber dazu beitragen, ihre Zahl zu reduzieren. Damit würden dann auch Kosten und Umweltbelastung durch die Batterieproduktion und Entsorgung sinken. Inwiefern sich diese Technologie bei der industriellen Stromerzeugung einsetzen ließe, wollen die Wissenschaftler jetzt erforschen.

Bild: Tom Krupenkin, J. Ashley Taylor / Instep Nanopower