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Ein von einem trinkenden Vogelspielzeug inspirierter Stromgenerator versorgt die Elektronik mit verdunstendem Wasser.

Inspiriert durch das klassische Trinkvogelspielzeug haben Wissenschaftler in Hongkong und Guangzhou, China, einen Motor entwickelt, der die Energie der Wasserverdunstung effizient in Elektrizität umwandelt, um kleine Elektronikgeräte anzutreiben. Laut einer am 14. März in der Fachzeitschrift Device veröffentlichten Studie erzeugt das Gerät Strom von über 100 Volt – viel mehr als andere Technologien, die Strom aus Wasser erzeugen – und kann tagelang mit nur 100 Millilitern Wasser als Brennstoff betrieben werden.

„Der triboelektrische Wasserkraftgenerator „Trinking Bird“ bietet eine einzigartige Möglichkeit, kleine Elektronikgeräte in offenen Räumen mit Wasser als leicht verfügbarer Brennstoffquelle zu versorgen“, sagte Hao Wu, Professor an der South China University of Technology und Erstautor der Studie. „Ich bin immer noch überrascht und erfreut, wenn ich echte Ergebnisse sehe.“

Ein Spielzeug in Form eines Trinkvogels ist seit mehreren Jahrzehnten aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht nicht mehr wegzudenken. Das Spielzeug besteht aus zwei durch ein Glasrohr verbundenen Glaskolben, in denen eine flüchtige Flüssigkeit, Methylenchlorid, aufbewahrt wird.

Die Oberseite der Flasche, zu der auch der Vogelschnabel und die Zierkappe gehören, ist mit einem filzähnlichen Material bedeckt und der Körper des Vogels hängt an zwei Kunststoffbeinen. Nachdem der Kopf des Vogels in ein Glas Wasser getaucht wurde, beginnt das Wasser zu verdunsten. Der daraus resultierende Druckunterschied führt dazu, dass die Flüssigkeit im unteren Kolben das Rohr hinaufsteigt, bis sie den „Kopf“ ausfüllt, wodurch der Vogel gezwungen wird, ins Wasser zu tauchen, um zu „trinken“, bevor der Vorgang erneut beginnt.

Drinking Bird-Gerät, das 20 LCD-Displays mit Strom versorgt.

Als Wu Postdoktorandin in der Gruppe von Professor Zuankai Wang an der Polytechnischen Universität Hongkong war und darüber rätselte, wie man am Ausgang eines Verdunstungsstromgenerators mehr Spannung erzeugen könnte, erinnerte sie sich an das Spielzeug „Trinkvogel“ und war von der Idee beeindruckt, dass es so sein könnte Wird nicht nur als Werkzeug zur Demonstration physikalischer Konzepte verwendet.

„Ich begann darüber nachzudenken, ob es möglich ist, Verdunstungsenergie zunächst in mechanische Energie umzuwandeln und diese dann in Elektrizität umzuwandeln“, sagt Wu. „Da kam mir die Idee, ein Trinkvogelspielzeug zu verwenden.“ Aus dieser Inspiration entstand das Konzept des triboelektrischen Wasserkraftgenerators.“

Um den Generator zu bauen, platzierten Wu und seine Kollegen zwei triboelektrische Nanogeneratormodule, die mechanische Energie gewinnen, auf beiden Seiten eines Trinkvogelmotors, den sie aus einem kommerziellen Trinkvogelspielzeug nachgebaut hatten. Die Forscher testeten den Prototyp mit einer Vielzahl kleiner Elektronikgeräte und versorgten damit 20 Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Temperatursensoren und Taschenrechner.

Temperaturverteilung über der Tränke des Vogels.

Die Überwindung der Reibung, die den Generator verlangsamte, sei eines der Hauptziele der Forschung gewesen, sagt Wu. Die Forscher befestigten strukturierte Fasern als Ladungstransportmaterialien in triboelektrischen Nanogeneratormodulen. Diese Strategie trug dazu bei, die Reibung zu reduzieren und ermöglichte einen reibungsloseren Betrieb des Geräts.

In der nächsten Phase ihrer Forschung plant das Team, anstelle eines im Handel erhältlichen Spielzeugs einen neuen Trinkvogel zu entwickeln, um die Wasserverdunstung effizienter in elektrische Energie umzuwandeln.

„Darüber hinaus werden wir verschiedene Anwendungen dieses Geräts untersuchen, um ein praktisches Produkt zu schaffen, das im Alltag verwendet werden kann“, sagte Zuankai Wang, Autor dieser Studie und Professor an der Abteilung der Hong Kong Polytechnic University.

Ein von einem trinkenden Vogelspielzeug inspirierter Stromgenerator versorgt die Elektronik mit verdunstendem Wasser.