Forscher der Empa haben einen kompostierbaren Mini-Kondensator erfunden, der nur aus Kohlenstoff, Zellulose, Glycerin und Kochsalz besteht. Er könnte künftig vor allem im Internet of Things zum Einsatz kommen.

Robuster Stromspeicher aus umweltfreundlichen Materialien

„Das Projekt eines kompostierbaren Stromspeichers lag mir schon lange am Herzen“, sagt Gustav Nyström. Er leitet an der Empa, der schweizerischen Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, den Bereich „Cellulose & Wood Materials“ und forscht seit Jahren an funktionalen Gelen auf Basis von Nanozellulose, einem umweltfreundlichen, nachwachsenden Rohstoff, der sehr vielseitig einsetzbar ist. Zellulose ist auch der Hauptbestandteil von Papier.

Nyström und sein Team bewarben sich mit ihrem Projekt um Empa-interne Forschungsgelder und setzten damit ihre Idee um: Ein 3D-gedruckter Kondensator, der über Stunden Strom speichern kann, tausende Lade- und Entladezyklen übersteht und voraussichtlich auch jahrelang auch bei frostigen Temperaturen gelagert werden kann. Er ist zudem resistent gegen Druck und Erschütterung. Nach Ende der Nutzungsdauer zerfällt er auf dem Kompost oder in der Natur in nur zwei Monaten in seine Bestandteile. Ohne solche Lösungen würde die Umwelt durch den steigenden Bedarf an Mini-Stromspeichern künftig stark belastet.

Superkondensator aus dem 3D-Drucker

Der Kondensator besteht aus vier Schichten, die aus einem 3D-Drucker kommen, welcher gelatinöse Tinten auf eine Oberfläche spritzt. Diese Tinten bestehen aus Cellulose-Nanofasern und Cellulose-Nanokristalliten sowie Kohlenstoff in Form von Ruß, Graphit und Aktivkohle. Zum Verflüssigen dieser Stoffe nutzen die Forscher Glycerin, Wasser und Alkohol sowie eine Prise Kochsalz, um die ionische Leitfähigkeit zu gewährleisten.

Die Schichten, die dann nacheinander aus dem 3D-Drucker kommen, sind eine flexible Folie, eine stromleitende Schicht, die Elektrode und der Elektrolyt. Diese Schichten werden zusammengeklappt wie ein Sandwich, so dass sich der Elektrolyt in der Mitte befindet. Bis das alles klappte und ein funktionierender Kondensator herauskam, waren allerdings lange Versuchsreihen im Labor nötig.

Mögliche Anwendungen im Internet of Things

Der Superkondensator im Empa-Labor kann heute schon eine kleine Digitaluhr mit Strom versorgen. Solche biologisch abbaubaren Stromspeicher sind vor allem eine Chance für das Internet of Things. Mit Hilfe eines elektromagnetischen Feldes kurz aufgeladen, könnten sie über Stunden Strom für einen Sensor oder Mikrosender liefern. Zum Beispiel, um den Inhalt einzelner Pakete während des Versands zu überprüfen oder für elektronische Kleinstgeräte in der Medizin, etwa kleine Testgeräte am Krankenbett oder Selbsttestgeräte für Diabetiker.

Die Forscher sehen auch mögliche Anwendungen in der Stromversorgung von Sensoren im Umwelt-Monitoring oder in der Landwirtschaft. Nach der Anwendung könnten die Kondensatoren einfach in der Natur verbleiben und sich zersetzen.

Quellen / Weiterlesen
Die biologisch abbaubare Batterie | EMPA
Biologisch abbaubare Batterie | energie:bau
Bildquelle: © Gian Vaitl/ Empa

>>>> Energyload-Newsletter abonnieren <<<<



HINTERLASSEN SIE EINE ANTWORT

Please enter your comment!
Please enter your name here