Elektrischer Twist

Freitag, 12. März 2010, 19:38 • Rubrik Chemie, Technik.

Eine neue Methode zur Nutzbarmachung kleinster Mengen mechanischer Energie haben amerikanische Forscher ersonnen. Dabei werden hauchdünne, elastische Mineralfasern in Wasser gegeben. Druckschwankungen und Strömungen deformieren die Fasern und setzen sie unter elektrische Spannung, sodass an ihrer Oberfläche Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden.

Foto via Wikimedia.org (Public Domain)

Auf diese Weise werde “überschüssige” mechanische Energie – etwa in Form von Lärm oder Vibrationen – in gut speicherbare chemische Energie überführt, erläutert Huifang Xu von der University of Wisconsin in Madison. Mit dem Wasserstoff könne in Brennstoffzellen wieder elektrischer Strom erzeugt werden.

Xu und Kollegen führten ihre Versuche mit Nanofasern aus Zinkoxid bzw. Bariumtitanat durch. Im Gegensatz zu größeren Kristallen der beiden Verbindungen sind die winzigen Fasern elastisch. Wird das Material deformiert, verschieben sich darin unterschiedlich geladene Atome gegeneinander, sodass sich eine elektrische Spannung aufbaut. Diesen piezoelektrischen Effekt führten die Forscher herbei, indem sie die Fasern in Wasser gaben und die Suspension Ultraschallpulsen aussetzten.

Tatsächlich wurden daraufhin molekularer Wasserstoff und Sauerstoff im Mengenverhältnis 2:1 in der Suspension freigesetzt, berichtet die Gruppe im Fachblatt “Journal of Physical Chemistry Letters”. Ersterer entstand vermutlich, indem Wassermoleküle auf den konvexen, negativ geladenen Seiten der durchgebogenen Fasern reduziert wurden. Letzterer wurde durch Oxidation auf den konkaven, positiv geladenen Seiten freigesetzt.

“Die direkte Umwandlung mechanischer in chemische Energie ist ein neues Phänomen”, erklärt Xu. Der Wirkungsgrad des piezoelektrochemischen Effekts liege derzeit bei etwa 18 Prozent – gut ein Sechstel der mechanischen Energie wird in chemische Energie überführt. Der wichtigste Vorzug der Methode sei allerdings, dass sie geringste Energiemengen nutzbar mache, die praktisch allgegenwärtig, für herkömmliche Techniken aber nicht mehr zugänglich seien, so der Forscher. “Diese Energie ernten zu können, das wäre enorm.”

Forschung: Kuang-Sheng Hong, Huifang Xu, Hiromi Konishi und Xiaochun Li, Department of Geoscience und Department of Mechanical Engineering, University of Wisconsin, Madison

Veröffentlichung Journal of Physical Chemistry Letters, DOI 10.1021/jz100027t

WWW:
Huifang Hu, University of Wisconsin-Madison
Piezoelektrizität
Elektrolyse von Wasser

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Elektrisierende Gummi-Filme

Möchten Sie den Beitrag bewerten?