Dieser Akku kann sich überall selbst laden - auch unter der Erde

Drahtlose Sensorik ist heute überall auf der Welt allgegenwärtig. Selbst in abgelegenen Gebieten, fernab von Zivilisation, überwachen Geräte verschiedenste Vorgänge, etwa in der Landwirtschaft. 

Eine Herausforderung für die Entwicklung von Sensoren für das Internet der Dinge (Internet of Things - IOT) ist die Stromversorgung. Wie kann ich etwa mitten in Wäldern oder Feldern ohne fix installierte Leitungen für die Energiezufuhr sorgen? 

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Pyroelektrochemische Zelle

Forscher*innen des College of Engineering der University of Utah haben nun für genau solche Szenarien einen neuen Batterietyp entwickelt, konkret eine pyroelektrochemische Zelle (PEC). Davon berichtet die Universität selbst auf Techxplore. 

Derartige Zellen nutzen thermoelektrochemische Effekte in festen Ionenleitern, sie wandeln Wärme bzw. Temperaturunterschiede in elektrische Energie um. Die Idee ist es, dass die so gewonnene Energie entweder direkt für den Betrieb der Sensoren genutzt werden, oder aber direkt in einem Akku gespeichert werden. Ein entsprechendes Gerät wurde von Roseanne Warren und Shad Roundy, beide außerordentliche Professor*innen für Maschinenbau, entwickelt und getestet.

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Überall einsetzbar

Das von ihnen entwickelte Gerät wird durch wechselnde Temperaturen in der Umgebung aufgeladen. Da funktioniere sowohl im Auto als auch im Flugzeug oder direkt unter der Erde in der Landwirtschaft. So könnten IoT-Gerätschaften mit Strom versorgt werden, deren Aufladen sonst extrem aufwändig wäre.

Das Gerät der Forscher*innen nutzt ein pyroelektrisches Verbundmaterial als Separator in einer elektrochemischen Zelle. Es besteht aus porösem Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Bariumtitanat-Nanopartikeln. Die Eigenschaften des Materials ändern sich, wenn es erhitzt oder abgekühlt wird. Die Temperaturverschiebung erzeugt ein elektrisches Feld innerhalb der Zelle, das Ionen bewegt und es der Zelle ermöglicht, Energie zu speichern.

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Energieausbeute

Die Energieausbeute liegt laut der Studie, die in der Zeitschrift Energy & Environmental Science veröffentlicht wurde, bei 100 Mikrojoule pro Quadratzentimeter Separator bei einem Temperaturänderungsvorgang, wie er normalerweise in der Natur stattfindet. „Wir sprechen von einem sehr geringen Energiegewinnungsgrad, aber der Hauptvorteil ist die Möglichkeit, Sensoren zu haben, die überall eingesetzt werden können und nicht manuell aufgeladen werden müssen”, so Warren. 

Warum nicht Solar?

In manchen Szenarien wäre auch Stromgewinnung mittels Solarzellen eine Alternative. Dies sei jedoch in vielen Umgebungen nicht ganz so einfach, wie Mitautor Roundy ausführt. So können Solar-Panels natürlich nur dort eingesetzt werden, wo Sonnenlicht zur Verfügung steht. 

Und selbst wenn, gibt es andere Herausforderungen. So können die Paneele unter Umständen schmutzig werden und müssen gereinigt werden. Derartige Probleme hat man mit der neuen Technologie kaum.