Den Regen für Hydrovoltaik nutzen

Ob Kaffeemaschine, Dusche oder Regen­schirm: Wasser­tropfen, die über nicht leitende Ober­flächen gleiten, sind an vielen Orten zu finden. Wenn ein Tropfen über eine solche Ober­fläche gleitet, erzeugt er eine Ladungs­spur – während der Tropfen die entgegen­gesetzte Ladung sammelt. Obwohl dieses Aufladungs­phänomen allgegen­wärtig vorhanden ist, ist nur wenig darüber bekannt. Wissen­schaftler des MPI für Polymer­forschung haben diesen Effekt jetzt genauer unter­sucht. Dazu ließen sie nach­ein­ander Tropfen über eine geneigte Fläche aus hydro­phobem Glas gleiten. Sie maßen die gesammelte Ladung in Abhängig­keit von der Gleit­länge sowie von der Ladung, die durch frühere rutschende Tropfen zurück­ge­lassen wurde.

Sie entwickelten ein theore­tisches Modell, das zwei gegen­sätz­liche Effekte kombiniert: die schnelle Deposition von Ladung durch aufein­ander­folgende Tropfen und die langsame Entladung der Ober­fläche hinter den Tropfen. „Das Modell passt perfekt zu unseren experi­men­tellen Beobach­tungen“, sagt Amy Stetten, eine an der Unter­suchung beteiligte Forscherin. Mit ihrem neu entwickelten Modell wollen die Forscher grund­legende physi­ka­lische Effekte wie Reibungs­elek­trizität verstehen und auch Ober­flächen entwickeln, die diesen Effekt für die Strom­erzeugung ausnutzen und verstärken.

Der Effekt könnte genutzt werden, um kleine Mengen an Strom zu erzeugen, insbesondere wenn keine andere Quelle zur Verfügung steht. Das kann beispiels­weise bei kleinen, strom­sparenden Sensoren in isolierten, regne­rischen Umge­bungen der Fall sein.

Die Forscher werden die Arbeit fort­setzen, um besser zu verstehen, wie das Material der Ober­fläche oder Eigen­schaften wie Ober­flächen­rauhig­keit die Trennung von Ladungen beein­flussen. Sie zielen darauf ab, Materialien herzustellen, die Ladungen effektiver trennen, damit diese Ober­flächen für reale Anwen­dungen genutzt werden können.

MPI-P / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  A. Z. Stetten et al.: Slide electrification: charging of surfaces by moving water drops, Soft Matter 15, 8667 (2019); DOI: 10.1039/c9sm01348b
• AK Physik der Grenzflächen (H.-J. Butt), Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz