Strom bei Sonne und Regen
Graphen-Schicht könnte Solarzellen Strom bei Regenwetter entlocken
Solarenergie ist im Aufschwung, viele technische Fortschritte haben Solarzellen in den letzten Jahren bereits sehr effektiv und kostengünstig werden lassen. Ein großer Nachteil besteht jedoch nach wie vor: Bei Regenwetter wird kein Strom produziert. Das muss aber nicht so bleiben: Chinesische Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie einen neuen Ansatz für eine Allwetter-Solarzelle vor, die nicht nur durch Sonnenlicht, sondern auch durch auftreffende Regentropfen angeregt wird.
Für die Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität entwickelte das Team von der Ocean University of China (Qingdao) und der Yunnan Normal University (Kunming, China) eine sehr effektiv arbeitende Farbstoff-Solarzelle. Damit auch bei Regen Elektrizität erzeugt werden kann, beschichteten sie diese 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 (delokalisiert) sind. In wässriger Lösung kann Graphen zudem mit seinen Elektronen positiv geladene Ionen binden (Lewis-Säure-Base-Wechselwirkungen). Diese Eigenschaft wird z.B. genutzt, um Bleiionen und organische Farbstoffe aus Lösungen zu entfernen.
Dies 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 sogenannter Pseudokondensator. Die damit verbundene elektrische Potentialdifferenz reicht aus, um eine Spannung und einen Stromfluss zu erzeugen.
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