kompostierbar

Quelle: Empa

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Das Internet der Dinge wird die Zahl Daten sendender Mikrogeräte stark erhöhen, etwa in Verpackungen oder der Transportlogistik. Würden diese Geräte über Batterien mit der notwendigen Energie versorgt, wäre die Umweltbelastung enorm. Vor diesem Hintergrund haben Forscher der schweizerischen Empa jetzt einen Mini-Kondensator entwickelt, der aus Kohlenstoff, Zellulose, Glycerin und Kochsalz besteht – und kompostierbar ist (Fully 3D Printed and Disposable Paper Supercapacitors).

Fabriziert werden die neuen Batterien mit einem modifizierten handelsüblichen 3D-Drucker. Die eigentliche Innovation liegt im Rezept für die gelatinösen Tinten, die dieser Drucker auf eine Oberfläche spritzen kann. Die Forscher mixen dafür Cellulose-Nanofasern und Cellulose-Nanokristalliten, Kohlenstoff in Form von Ruß, Graphit und Aktivkohle, außerdem Glycerin, Wasser und zwei verschiedene Sorten Alkohol. Für die ionische Leitfähigkeit kommt dann noch eine Prise Kochsalz hinzu. In vier Schichten wird aus diesen Zutaten ein funktionierender Superkondensator: Die Basis ist eine flexible Folie, darauf kommt eine stromleitende Schicht, dann die Elektrode und zum Schluss der Elektrolyt. Das Ganze wird dann wie ein Sandwich zusammengefaltet, so dass der Elektrolyt in der Mitte liegt.

Wie die Empa-Forscher mitteilen, kann ihr Mini-Kondensator bereits jetzt über Stunden Strom speichern und eine kleine Digitaluhr antreiben. Er übersteht tausende Lade- und Entladezyklen, ist resistent gegen Druck und Erschütterung und meistert voraussichtlich auch jahrelange Lagerung, selbst bei frostigen Temperaturen. Wird er nicht mehr gebraucht, kann man ihn in den Kompost werfen oder einfach in der Natur zurücklassen. Die Forscher haben es ausprobiert: Nach zwei Monaten ist der Kondensator in seine Bestandteile zerfallen, übrig bleiben nur ein paar sichtbare Kohlepartikel. Bis die Batterie zum einen funktionierte und zum anderen kompostierbar war, war es ein langer Weg. Die Forscher berichten von langen Versuchsreihen, bis alle Parameter stimmten, alle Komponenten zuverlässig aus dem Drucker flossen und der Kondensator funktionierte.

Geht es nach seinen Erfindern, könnte der Superkondensator zu einem Schlüsselbaustein für das Internet der Dinge werden. Man könnte ihn etwa mit Hilfe eines elektromagnetischen Feldes kurz aufladen, danach würde er über Stunden Strom für einen Sensor oder Mikrosender liefern. Die Stromversorgung von Sensoren im Umwelt-Monitoring oder in der Landwirtschaft ist ebenfalls denkbar – man muss diese Batterien nicht wieder einsammeln, sondern könnte sie nach verrichteter Arbeit einfach in der Natur belassen. Auch die patientennahe Labordiagnostik ist den Forschern zufolge eine mögliche Anwendung, etwa für kleine Testgeräte für den Einsatz am Krankenbett oder Selbsttestgeräte für Diabetiker.

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