Mit Wasser und Silizium Reibungselektrizität erzeugen Strom aus Reibung in winzigen Poren

Anbieter zum Thema

DESY Deutsches Elektronen- Synchrotron

Kern & Sohn GmbH

WINOPAL Forschungsbedarf GmbH

MembraPure GmbH

Wie wird aus reinem Wasser Strom? Das Geheimnis heißt Reibung. Ein internationales Forscherteam hat elektrische Energie an nanoporösen Siliziumoberflächen erzeugt, in deren Hohlräume Wasser ein- und ausdringt. Dabei kommt es zur Ladungstrennung und aus mechanischer Energie wird elektrische Energie, etwa für autonome Sensoren.

Ein europäisches Forschungsteam unter Beteiligung des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY und der Technischen Universität Hamburg (TUHH) hat eine neue Methode entwickelt, um mechanische Energie in elektrische umzuwandeln – mithilfe von Wasser, das in nanometergroßen Poren von Silizium eingeschlossen ist.

In einer Studie zeigen die Wissenschaftler, dass das zyklische Eindringen und Austreten von Wasser in wasserabweisende, nanoporöse Siliziummonolithe messbare elektrische Energie erzeugen kann.

Der triboelektrische Nanogenerator

Das entwickelte System, ein so genannter Intrusion–Extrusion triboelektrischer Nanogenerator (IE-TENG), nutzt Druck, um Wasser zyklisch in winzige Poren zu pressen und wieder herauszulassen. Während dieses Prozesses werden elektrische Ladungen an der Grenzfläche zwischen Siliziumporenwand und Flüssigkeit getrennt. Das ist eine Art Reibungselektrizität, wie sie häufig im Alltag entsteht. Ein typisches Beispiel: Man geht mit Schuhen über einen PVC-Teppich. Dabei gehen Elektronen von einem Körper auf den anderen über, es sammelt sich Ladung an, die sich schlagartig entlädt, wenn ein dritter Körper berührt wird, beispielsweise durch den Kontakt mit der Türklinke: Die Ladung fließt ab, man bekommt einen kleinen elektrischen Schlag.

Die lebende Biobatterie, die sich selbst abbaut

Mit Pilzen Strom erzeugen

Mit Wasser und Silizium zu elektrischer Energie

Das Forschungsteam hat bei seinen Versuchen eine Energieumwandlungseffizienz von bis zu neun Prozent erreicht. Das zählt zu den höchsten Werten, die bislang für Fest-Flüssig-Nanogeneratoren berichtet wurden. „Selbst reines Wasser kann, wenn es im Nanomaßstab eingeschlossen ist, durch Reibung elektrischen Strom erzeugen“, sagt Patrick Huber, Sprecher des Exzellenzclusters Bluemat – Water-Driven Materials an der TUHH und DESY.

Luis Bartolomé (CIC Energi-Gune) ergänzt: „Die Kombination von nanoporösem Silizium und Wasser ermöglicht eine effiziente, reproduzierbare Energiequelle - ganz ohne Nutzung von exotischen Materialien, sondern nur unter Nutzung des am häufigsten vorkommenden Halbleiters auf der Erde – Silizium – und der am häufigsten vorkommenden Flüssigkeit – Wasser.“

Sensoren und medizinische Wearables könnten sich selbst mit Strom versorgen

Entscheidend für die neue Technik war den Forschern zufolge die Entwicklung von präzise kontrollierten Siliziumstrukturen, die sowohl elektrisch leitfähig als auch nanoporös und hydrophob sind. „Diese Architektur erlaubt es uns, die Bewegung von Wasser im Inneren der Poren gezielt zu steuern – und damit den Energieumwandlungsprozess stabil und skalierbar zu gestalten“, erklärt Manuel Brinker von der TUHH.

Die Technologie eröffnet neue Perspektiven für autonome, wartungsfreie Sensorsysteme ohne eigene Batterie oder Stromversorgung – etwa um Wasser aufzuspüren, für Sport- und Gesundheitsmonitoring in intelligenten Textilien oder für die haptische Robotik, bei der Berührung oder Bewegung direkt elektrische Signale erzeugt. „Wassergetriebene Materialien markieren den Beginn einer neuen Generation selbstversorgter Technologien“, betonen die korrespondierenden Autoren Simone Meloni (Universität Ferrara) und Yaroslav Grosu (CIC Energi-Gune).

An dem Projekt forschten Wissenschaftler von CIC Energi-Gune (Spanien), der Universität Ferrara (Italien), der TU Hamburg und DESY (Deutschland), der Universität Schlesien in Katowice (Polen) sowie der Technischen Universität Riga (Lettland). Es wurde unterstützt vom TUHH-Exzellenzcluster „Bluemat – Water-Driven Materials“.

Originalpublikation: L. Bartolomé et al.: Triboelectrification during non-wetting liquids intrusion–extrusion in hydrophobic nanoporous silicon monoliths, Nano Energy 146 (2025) 111488; DOI: 10.1016/j.nanoen.2025.111488

(ID:50609812)