Papierkraftwerk erzeugt Strom beim Schreiben

Eine Tastatur, die beim Tippen Strom erzeugt, wurde bereits entwickelt. Nun haben Wissenschaftler ein Papierkraftwerk konzipiert, das Elektrizität über den Druck beim Schreiben mit der Hand produzieren kann. Wie auch bei der Tastatur sind die so gewonnenen Strommengen zwar sehr gering, sollen aber zum Betrieb elektronischer Schaltkreise oder sogar zum langsamen Aufladen eines Akkus ausreichen. Erste Versionen ihrer kleinen Strompapiere in der Größe von Briefmarken stellen die Forscher im Fachblatt „Nano Energy“ vor.

Grauschattierungen, winzige Stäbchen liegen ungeordnet, dicht an dicht.
Mikrosäulen aus Zinkoxid

„Wir wollten eine Methode zur Stromernte entwickeln, die klein, günstig, umweltfreundlich und einfach zu fertigen ist“, sagt Eiman Nour von der Universität Linköping in Schweden. Diese Aufgabe erfüllten Nour und seine Kollegen mit winzigen Säulen aus Zinkoxid, die sie auf einer Papierunterlage deponierten. Zinkoxid ist ein piezoelektrisches Material, in dem unter mechanischem Druck elektrische Ladungen erzeugt werden, die als nutzbarer Strom über eine Elektrode abfließen können. Für das Handschriftkraftwerk legten die Forscher nun zwei solcher Papierflächen so aufeinander, dass sich die etwa ein fünftel Mikrometer dünnen Zinkoxidsäulen gegenüberlagen. Als Abstandshalter diente ein flexibler Kunststoff aus Polyvinylidenfluorid, als Elektrode jeweils eine aufgedampfte Schicht aus den Metallen Chrom und Silber.

Mit einem normalen Kugelschreiber schrieben Nour und Kollegen nun mit verschiedenen Geschwindigkeiten auf diesem Papierkraftwerk. Eine schnelle und feste Handschrift mit bis zu 240 Buchstaben pro Minute verformte die Zinkoxidmikrosäulen und lieferte bis zu 14,4 Milliampere bei 4,8 Volt. Wurden nur etwa hundert Buchstaben pro Minute geschrieben, langsamer und mit weniger Druck, fiel der Stromfluss auf knapp drei Milliampere bei zwei Volt ab. Das ist zwar nicht viel, doch mit weiteren Prototypen wollen die Forscher die Stromausbeute weiter steigern.

Trotz der bescheidenen Ausbeute sehen Nour und Kollegen einige Anwendungen für ihre Handschriftkraftwerke. So könnte mit dem Strom – ganz ohne Batterie oder Stecker – eine Elektronik zur automatischen Unterschriftserkennung betrieben werden. Auch wenige Leuchtdioden könnten während des Schreibens zum Leuchten gebracht werden. „Ein Ziel sind sich selbst versorgende Module, die keine externe Stromversorgung mehr benötigen“, sagt Nour. Wer einen Akku per Handschrift aufladen möchte, müsste allerdings schon sehr lange Geschichten schreiben.