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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Untersuchung von Piezoelektretfolien für Energy Harvesting

Mittwoch (18.09.2019)
15:00 - 15:30 Uhr Appendix

In diesem Vortrag werden Untersuchungen von Piezoelektretfolien als Energy Harvester (EH) am Fachgebiet Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik der TU Darmstadt und am Fraunhofer LBF in Darmstadt vorgestellt. Dabei werden Piezo- bzw. Ferroelektrete z.B. auf Basis von Fluorethylenpropylen und irradiation cross-linked Polypropylen zum einen für den Einsatz an vibrierenden Flugzeugstrukturen und zum anderen als EH in Kleidung untersucht.

Piezoelektrete sind Wandlerwerkstoffe, die auf Polymeren basieren und durch elektrische Aufladung eine permanente Polarisation erhalten. Durch die resultierenden piezoelektrischen Eigenschaften können bei einer Verformung des Werkstoffs elektrische Ladungen an aufgebrachten Elektroden abgegriffen werden. Moderne Piezoelektrete vereinen mit hohen piezoelektrischen Wandlerkonstanten und großer Flexibilität die Vorteile von Piezokeramiken und elektroaktiven Polymeren in sich. Zudem sind die Basismaterialien vergleichsweise kostengünstig und die Nachbehandlungsschritte einfach. Trotz ihres großen Potentials werden Piezoelektretfolien erst seit Beginn des Jahrzehnts als Wandlermaterialien für EH erforscht. Dabei werden die piezoelektrischen Eigenschaften verwendet, um die mechanische Schwingungsenergie von Strukturen in eine elektrische Wechselspannung zu transformieren. Diese kann nach einer Signalkonditionierung wiederum in Verbrauchern mit geringem Leistungsbedarf verwendet werden. Damit kann einerseits eine Verkabelung andererseits die Aufladung oder der Austausch von Akkumulatoren oder Batterien an schwer erreichbaren Stellen einer Struktur vermieden werden.

In einem ersten Beispiel wird gezeigt, dass durch die Integration des Wandlerwerkstoffes in eine Armmanschette und anschließendes Bewegen des Arms eine elektrische Leistung bis zu 11,8 µW erzeugt und ein LCD-Display kontinuierlich betrieben werden kann. Gegenstand eines zweiten Beispiels ist eine Machbarkeitsstudie, die Aufschluss darüber geben soll, ob und in welchem Maße sich Piezoelektretfolien für den Einsatz im Luftverkehr eignen, um bspw. das Gesamtgewicht und damit den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen zu reduzieren. Dazu werden auf der Basis von Schwingungsdaten Randbedingungen von EH für den Einsatz an Flugzeugen erarbeitet und mögliche Konzepte analysiert. Zudem wird auf der Grundlage analytischer Materialmodelle das Materialverhalten mittels der Finite Elemente Methode numerisch simuliert und mithilfe experimenteller Daten validiert.

 

Sprecher/Referent:
Hendrik Holzmann
Technische Universität Darmstadt
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Sara Perfetto
    Fraunhofer-Gesellschaft
  • Ye Ji Park
    Fraunhofer-Gesellschaft