Strom bei Sonne und Regen

Solarenergie ist im Aufschwung, technische Fort­schritte haben Solar­zellen in den letzten Jahren effektiv und kosten­günstig werden lassen. Ein großer Nach­teil besteht jedoch nach wie vor: Bei Regen­wetter produ­zieren Solar­zellen keinen Strom. Das muss aber nicht so bleiben, wie jetzt chine­sische Forscher zeigen. Sie stellen eine All­wetter-Solar­zelle vor, die nicht nur durch Sonnen­licht, sondern auch durch auf­treffende Regen­tropfen ange­regt wird. Zunächst ent­wickelte das Team von der Ocean Uni­versity of China und der Yunnan Normal Uni­versity eine sehr effektiv arbeitende Farb­stoff-Solar­zelle für die Um­wandlung von Sonnen­energie in Elek­tri­zität. Damit auch bei Regen Elek­tri­zität erzeugt werden kann, beschich­teten sie diese an­schließend mit einem hauch­feinen transpa­renten Film aus Graphen.

Graphen ist eine zweidimensionale Kohlen­stoff­modi­fi­kation aus bienen­waben­förmig ver­knüpften Kohlen­stoff­atomen. Sie lässt sich gut durch Oxi­dation von Graphit, Trennung der einzelnen Schichten und an­schließende Reduktion her­stellen. Graphen zeichnet sich durch seine außer­ge­wöhn­lichen elek­tro­nischen Eigen­schaften aus: Es ist elek­trisch leit­fähig und reich an Elek­tronen, die über die gesamte Schicht frei beweg­lich sind. In wässriger Lösung kann Graphen zudem mit seinen Elek­tronen positiv geladene Ionen binden.

Das hat die Forscher um Qunwei Tang inspiriert, Graphen-Elektroden zu ver­wenden, um Strom aus dem Auf­prall von Regen­tropfen zu ge­winnen. Regen­tropfen sind kein reines Wasser, sondern ent­halten Salze, also positiv und negativ ge­ladene Ionen. Die positiv ge­ladenen Ionen, wie Natrium-, Calcium- und Ammonium-Ionen, können an der Graphen-Ober­fläche ge­bunden werden. An der Kontakt­stelle zwischen Regen­tropfen und Graphen reichern sich auf der Wasser­seite positive Ionen an, auf der Graphen-Seite frei be­wegliche Elek­tronen. So ent­steht eine elek­trische Doppel­schicht aus Elek­tronen und positiv ge­ladenen Ionen – ein Pseudo­kon­den­sator. Die damit ver­bundene elek­trische Poten­tial­differenz reicht aus, um eine Spannung und einen Strom­fluss zu erzeugen.

GDCh / RK