Kein Fehlalarm, kein Batterietausch: Forscher entwickeln perfekten Feuermelder

Feuermelder sind derzeit mit Batterien ausgestattet, damit sie auch während eines Stromausfalls funktionieren. Irgendwann müssen diese Batterien aber ausgewechselt werden. Vergisst man das oder die Batterien gehen kaputt, reagiert er im Ernstfall nicht. 

Forscher der südkoreanischen Chung-Ang Universität haben eine Lösung für dieses Problem gefunden. Sie schlagen vor, Hydrovoltaik (HV) statt Batterien einzusetzen. Bei diesem Prinzip nutzt man Verdunstung von Wasser, um auf synthetischen Nanomaterialien Elektrizität zu erzeugen. 

➤ Mehr lesen: Gestrickter Akku holt sich Energie aus Salzwasser

Da solche HV-Systeme sehr einfach und handlich gebaut werden können, eignen sie sich besonders gut für Sensoren. Der damit gebaute Feuermelder kann selbstständig einige Dutzend Mikrowatt Strom erzeugen. 

Wenige Milliliter Wasser nötig

Dafür werden sogenannte hydrophile Substrate, die Wassermoleküle anziehen, mit einer nanoporösen CPT-Schicht überzogen. Diese CPT-Schicht besteht aus Baumwollabfällen und wurde mit Triton X und PPy behandelt. 

Das befindet sich in einem zylindrischen Röhrchen mit Aluminiumelektroden an beiden Enden. Dieses ist zur Hälfte mit wenigen Millilitern Wasser gefüllt. Dadurch wird eine elektrische Doppelschicht an der Grenze zwischen Elektrode und Elektrolyt gebildet. 

➤ Mehr lesen: Forschern gelingt Durchbruch bei “Wasserbatterien”

Licht des Feuer erzeugt Strom

Der Aufbau macht sich dann die Funktion als Feuermelder zunutze. Die verwendete CPT-Schicht hat u.a. die besonderen Eigenschaft Licht absorbieren zu können. Sobald Infrarotlicht oder sichtbares Licht von einem Feuer darauf trifft, erhöht sich die Temperatur und das Wasser verdunstet. 

Durch den Kapillareffekt wird das Wasser dann vom eingetauchten zum nicht eingetauchten Teil des HV-Systems transportiert. Durch diese Bewegung wird der Elektronenfluss angetrieben und Strom erzeugt. Dadurch soll eine Reaktionszeit des Feuermelders von 5 bis 10 Sekunden möglich sein.

Unter Infrarotlicht konnten die Forscher so eine Spannung von 0,42 Volt und Strom von 16 bis 20 Mikroampere erzeugen. Ihr Feuermelder lief 28 Tage bei wechselnden Umweltbedingungen stabil, ohne Korrosion oder Leistungsabfall. Damit sehen die Forscher potenzial für einen langfristigen Einsatz.

Kein Fehlalarm

Der Feuermelder soll neben dem Wegfallen der Batterie auch weitere Vorteile haben. Fehlalarme, die durch Staub, Insekten oder Kochen ausgelöst werden, würde es nicht mehr geben. Der Sensor wird nur dann mit Strom versorgt, wenn sich ein Brand bemerkbar macht und die Verdunstung des Wassers anregt. 

"Unser HV-System hat das Potenzial, eine nachhaltige Energiequelle für verschiedene Sensorsysteme zu sein, etwa für Gesundheits- und Umweltüberwachungssysteme, die einen ununterbrochenen Betrieb erfordern", sagt Studienleiter Byungil Hwang in einem Statement. Die Ergebnisse der Forschung wurden im Fachmagazin Chemical Engineering Journal veröffentlicht.