Strom aus Papier, Bleistift und Teflonband

Ein Team der ETH Lausanne (EPFL) hat gemeinsam mit Forschern der Universität Tokyo ein System aus einfachen Materialien gebaut, das eine Spannung von mehr als drei Volt erzeugen kann. Gestern wurde es an einer internationalen Tagung zu Mikro- und Nanosystemen in Shanghai vorgestellt, wie die EPFL am Montag mitteilte.

Die Stromerzeugung beruht auf Reibungselektrizität, also dem gleichen Phänomen, dass einen Luftballon durch Reiben an einem Pullover elektrisch auflädt. Das Prinzip dahinter ist eine ungleiche Ladungsverteilung zwischen zwei Isolatoren, im Fall des von EPFL-Forschern entwickelten Systems Papier und Teflon.

Das acht Quadratzentimeter messende Gerät besteht aus zwei festen Papierstücken, die mit einem Bleistift so angemalt werden, dass eine Seite komplett mit Graphit bedeckt ist. Dieses dient als Elektrode. Auf der anderen Seite eines der beiden Stücke wird das Teflonband befestigt.

Die beiden Papierstücke werden anschliessend mit den Graphit-Seiten nach aussen zusammengelegt und so befestigt, dass etwas Luft zwischen dem Teflonband und dem zweiten Papierstück bleibt.

Drückt man dieses «Sandwich» mit dem Finger zusammen, kommen die beiden Nichtleiter Papier und Teflon in Kontakt. Dabei entsteht ein Ladungsgefälle, bei dem das Papier eine positive Ladung, das Teflonband negative Ladung aufbaut. Beim Loslassen wandert die Ladung zu den Graphitschichten, die als Elektroden dienen.

Ein Kondensator im Stromkreis absorbiert die schwache Ladung und entlässt sie, wenn die Spannung abfällt, also beim Loslassen des Fingers.

Der EPFL-Doktorand Xiao-Sheng Zhang konnte das System noch verbessern, indem er die unbemalte Seite des Papiers in Sandpapier drückte. Der Abdruck vergrösserte die Oberfläche des Papiers und erhöhte die erzeugte Spannung um das sechsfache.

Drücke man die beiden Papiere mit einer Rate von 1,5 Mal pro Sekunde zusammen, lasse sich kurzzeitig eine Spannung erzeugen, die der von zwei AA-Batterien gleichkomme, schreibt die EPFL. Das würde zum Betrieb von Mikro- und Nanosensoren ausreichen, die nur wenig Elektrizität benötigen.

Seit 2012 arbeiten Forschende bereits an solchen Reibungselektrizitäts-Nanogeneratoren. Der nun vorgestellte sei besonders vielversprechend, da er aus umweltfreundlichen Alltagsgegenständen hergestellt werden könne, sagte der an der Entwicklung beteiligte Jürgen Brugger von der EPFL. Auch sei er einfach zu entsorgen.

Kostengünstige Mikrosensoren auf Papier-Basis seien bereits für medizinische Zwecke in der Entwicklung. Das nun vorgestellte System könnte nun als nächsten Schritt auch konventionelle Batterien für solche Sensoren unnötig machen.