Forscher verbessern Twistron, eine Energie

Forscher der University of Texas in Dallas haben kürzlich ihre Energie-Harvester namens Twistrons verbessert, die aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen bestehen und durch wiederholtes Strecken Strom erzeugen. Die Twistron-Garne wurden auch in einen Handschuh eingenäht, sodass der Träger Strom erzeugen konnte, indem er einfach mit der Hand Buchstaben und Phrasen in amerikanischer Gebärdensprache formte. Diese Technologie bietet potenzielle Anwendungen für die Stromversorgung von Sensoren, die Gewinnung von Energie aus Meereswellen, die Stromversorgung von Wearables über Körperbewegungen oder die Unterstützung zukünftiger Städte mit Strom.

„Anhand der Ausgangsspannungsprofile können wir die Fingerbewegung verschiedener Buchstaben und Phrasen leicht unterscheiden und diesen Handschuh möglicherweise als autonomen Gebärdensprachübersetzer verwenden“, erklärt Zhong Wang, Hauptautor der Studie.

Das Team stellte die Twistron-Technologie erstmals im Jahr 2017 vor und verbesserte die Garnherstellungsprozesse. Dies führte schließlich zu effizienteren Fasern, die pro Strecke mehr Strom erzeugen konnten als die ursprüngliche Version.

„Wenn Sie einen humanoiden Roboter haben und wissen möchten, welche Muskeln sich kontrahiert haben und ob sie richtig funktionieren, könnten Sie sehr feine Fasern unserer Twistron-Harvester einbauen, sodass der Muskel bei einer Größenänderung den Twistron streckt, wodurch Strom erzeugt wird.“ ," sagte. Dr. Ray Baughman, Direktor des NanoTech Institute und des Robert A. Welch Distinguished Chair in Chemistry. „Diese Elektrizität kann gemessen werden, was Aufschluss darüber gibt, wie sehr sich die Größe dieses Muskels verändert hat.“

Die Kohlenstoffnanoröhren in den Twistrons werden zu ultrastarken, leichten Garnen verdrillt. Außerdem machte das Team die Garne extrem elastisch, indem es eine ausreichende Drehung hinzufügte, sodass sich die Garne wie ein überdrehtes Gummiband aufwickeln konnten. „Der grundlegende Mechanismus dieser Twistrons besteht darin, dass beim Strecken die Bündel einzelner Kohlenstoffnanoröhren miteinander in Kontakt kommen, wodurch die Elektronendichte im Material erhöht wird, was die Spannungsabgabe erhöht“, sagte Wang. „Basierend auf diesem Verständnis haben wir herausgefunden, dass die Optimierung der Nanoröhrenausrichtung – die Größe der Oberfläche, auf der sie interagieren – die Kapazitätsänderung dramatisch erhöhen und die Spannungsausgabe dramatisch erhöhen kann.“

Darüber hinaus fügten die Forscher dem Herstellungsprozess Graphen hinzu. „Wir beginnen damit, eine Schicht Kohlenstoffnanoröhren aus einer vertikal ausgerichteten Anordnung von Nanoröhren, einem sogenannten Wald, zu ziehen“, sagte Wang. „In diesen neuen Experimenten haben wir einen Schritt hinzugefügt: Wir haben Graphen auf diese Folie aufgetragen und dann alles zu Garnen gedreht und aufgerollt. Dies hat die Kapazitätsänderung und die Strommenge, die wir aus den resultierenden Twistrons gewinnen können, erheblich verbessert.“

Bei 30-maliger Dehnung pro Sekunde erzeugt der Twistron 3,19 Kilowatt pro Kilogramm elektrischer Spitzenleistung. Das ist eine Verzwölffachung gegenüber den höchsten Werten anderer mechanischer Energieernter im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 600 Hz. Das neueste Twtstron erreichte eine 7,2-fache Umwandlungseffizienz im Vergleich zu den ersten Twistrons.