Natural rubber for energy harvesting

Weiche Wandler aus dielektrischen Elastomeren erreichen außergewöhnlich hohe Energiedichten von über 500 mJ/g und verwenden meist Elastomere von niedriger Steifigkeit um hohe Dehnungen nutzbar zu machen. Zur Demonstration von möglichen Anwendungen solcher Dehnungen berichtet diese Arbeit über die Entwicklung eines farbändernden Materials welches auf elektrische Anregung reagiert. Diese Dissertation führt experimentelle und theoretische Methoden ein um die Eignung von verschiedenen Materialien zum Einsatz in dielektrischen Elastomerumwandlern wie weiche Aktuatoren und weiche Generatoren zu bestimmen. Eine Methode zur Analyse von Energieflüssen in weichen Generatoren wird entwickelt. Der Bedarf an vergleichbaren Messwerten für die Durchbruchsfeldstärke führte zu einer maßgeschneiderten Lösung um die intrinsische Durchbruchsfeldstärke von Elastomeren zu bestimmen. Naturkautschuk wird mittels der genannten Methoden als nachhaltiges und günstiges Material für große weiche Generatoren identifiziert. Einbeziehen von viskoser Deformation und Ladungsverlust in die Bewertung von Materialen für weiche Generatoren zeigt weitere Vorteile von Naturkautschuk gegenüber in der Literatur bekannten Materialien wegen seiner verschwindenden Viskoelastizität. Die Bedeutung von hoher Leistungsfähigkeit und niedrigem Preis bestimmt eine techno-ökonomische Analyse weicher Generatoren für die elektrische Energiegewinnung aus Ozeanwellen im großen Maßstab. Diese Analyse kommt zu dem Schluss, dass alternative Materialien für Wellenkraftwerke dieser Art nötig sind (zur Zeit ca. 14 - 30 ct/kWh) und dass Naturkautschuk ein erster vielversprechender Kandidat ist welcher Elektrizität mit in etwa 5-11 ct/kWh zur Verfügung stellen kann. ; Soft transducers made of dielectric elastomers achieve an exceptionally high energy density of above 500 mJ/g and mostly employ elastomers of low stiffness to allow for harnessing large deformation. An application of such deformation is demonstrated in this work by a color-changing material which responds to ...