Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) präsentierten eine vollständig biologisch abbaubare Batterie. Die Batterie basiert auf Zellulose, Gelatine, Kohlenstoff in Form von Ruß und einer Reihe weiterer umweltfreundlicher Stoffe. Solche Batterien sind nützlich für medizinische Einwegelektronik und Überwachungssensoren, die nach der Entsorgung weder der Natur noch der menschlichen Gesundheit schaden.
Die von den Wissenschaftlern entwickelte Technologie beinhaltet das schichtweise Drucken einer Batterie (oder Superkondensator, wie die Entwickler es nennen) auf einem herkömmlichen 3D-Drucker. Die Tinte und ihre Zusammensetzung werden so ausgewählt, dass ein gleichmäßiges Auftragen und Aushärten des Materials mit den entsprechenden Eigenschaften gewährleistet ist: elektrische Leitfähigkeit für die Elektroden, Ionenleitfähigkeit für den Elektrolyten und Festigkeit für den Körper.
Die Basis von Tinte oder Arbeitsmaterial für einen 3D-Drucker ist Gelatine. Die Mischung zum Drucken von Batteriekomponenten umfasst Zellulose-Nanofasern und Zellulose-Nanokristalle, Kohlenstoff in Form von Ruß, Graphit und Aktivkohle sowie eine Prise Natriumchlorid für die Ionenleitfähigkeit. Die Forscher verwenden Glycerin, Wasser und zwei verschiedene Arten von Alkohol, um die Zusammensetzung zu verflüssigen.
Während des Druckprozesses entstehen nacheinander vier Schichten einer Batterie: ein flexibles Substrat, eine leitfähige Schicht, eine Elektrode und schließlich ein Elektrolyt. Dann wird alles in eine Art Sandwich mit Elektrolyt in der Mitte gelegt. Die Batterie hat die Fähigkeit bewiesen, Strom stundenlang zu speichern und kann eine kleine Digitaluhr mit Strom versorgen. Er hält tausenden Lade- und Entladezyklen stand und verspricht jahrelange Lagerfähigkeit auch bei Minusgraden sowie Druck- und Stoßfestigkeit.
«Das klingt ziemlich einfach, war es aber überhaupt nicht», sagt Co-Autor Xavier Eby vom Pulp and Wood Products Laboratory der Empa. "Es hat lange Testreihen gedauert, bis alle Parameter stimmen, alle Komponenten zuverlässig durch den Drucker gegangen sind und der Kondensator anfängt zu arbeiten."
2021-06-05 14:04:25
Autor: Vitalii Babkin