Strukturierte, super-wasserabweisende Oberflächen in fließendem Salzwasser erzeugt Strom

Forscher der Jacobs-Ingenieursschule der University of California am Standort San Diego haben ein neues System entwickelt, wobei Salzwasser, das über eine speziell geformte, super-wasserabweisende Oberfläche fließt, eine elektrische Spannung erzeugt, die als Strom nutzbar ist. Es sind zwar nur 50 Millivolt, aber für die Versorgung von winzigen Laboren, die auf einen Chip passen - etwa zur Diagnose von Schadstoffen oder anderen mikrofluidischen Systemen - reicht das aus.

Geht es nach den Entwicklern Prab Bandaru, Professor für Mechanik und Luftfahrt an der Jacobs-Ingenieursschule der University of California, und seinem Kollegen, ergeben sich vielfältige Nutzungsmöglichkeiten. In Wasserentsalzungsanlagen ließe sich beispielsweise ganz nebenbei Strom erzeugen, der den hohen Fremdenergiebedarf reduzieren könnte.

Die Grundidee: Wenn Ionen über eine elektrisch negativ geladene wasserabweisende Oberfläche fließen, erzeugen sie eine Spannung zwischen dem Anfang und dem Ende der Fließstrecke. Je schneller sie sich bewegen, desto höher ist die Spannung. Bandaru und seine Mitarbeiter entwickelten eine strukturierte Oberfläche, die extrem wasserabweisend ist. Diese Eigenschaft führt dazu, dass sich die Ionen, die in Salzwasser enthalten sind, auf der Fließstrecke noch beschleunigen.

Lotus-Pflanze als Vorbild

Um die Struktur der Oberfläche herzustellen, haben die Experten winzige Rinnen in ein Siliziumplättchen geätzt. Die nur wenige Mikrometer breiten Spalte füllten sie mit synthetischem Öl, wie es in Motoren zum Schmieren eingesetzt wird. Im Testaufbau beförderte eine sogenannte Spritzenpumpe, die vor allem in der Medizin verwendet wird, um genau dosierte Mengen an Flüssigkeit zu verabreichen, das Salzwasser über die Oberfläche. Die Spannung baute sich zwischen Anfang und Ende der Fließstrecke auf.

Es gab schon früher Versuche, auf diese Weise Strom zu erzeugen. Die Oberflächen waren nach dem Vorbild der Natur strukturiert, genauer der Blätter der Lotus-Pflanze. Darüber strömende Flüssigkeiten gleiten gewissermaßen auf einem Luftpolster. Da dieses keine elektrische Ladung hat, war die Stromausbeute vernachlässigbar gering. Das Ersetzen von Luft durch Öl brachte den Durchbruch. Die Effektivität dieser Anordnung aus Silizium und Öl ist 50 Mal so hoch. Das soll noch besser werden, und zwar durch höhere Fließgeschwindigkeiten sowie schmalere und längere Rinnen.

http://jacobsschool.ucsd.edu