Biegsame Superkondensatoren aus porösem Kohlenstoff-Nanoverbundstoff

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Superkondensatoren zum Anziehen? Chinesische Wissenschaftler haben ein neues Elektrodenmaterial entwickelt, das biegsam, leicht und für Textilien geeignet ist. Zugleich sind diese neuen Elektroden aus porösem Kohlenstoff sehr haltbar. Supercaps mit diesen Elektroden könnten künftig in Funktionskleidung eingearbeitet werden.

Superkondensatoren in Kleidung

Manchmal braucht Kleidung Strom – zum Beispiel, wenn Abendkleider mit vielen winzigen LEDs bestückt werden. Oder wenn Funktionskleidung mit Sensoren ausgestattet ist, die die Feuchtigkeit im Gewebe oder die Temperatur messen. Dafür braucht es tragbare, biegsame Supercaps. Bisher halten solche Stromquellen aber meist nicht lange und sie haben zudem eine geringere Energiedichte.

Elektroden aus porösen Nano-Verbundkohlenstoffen

Die Wissenschaftler Su Chen und Guan Wu und ihre Teams an der chinesischen Nanjing Tech University suchten deshalb nach einem Elektrodenmaterial, das leicht, stabil und trotzdem biegsam und haltbar ist. Damit Elektrodenmaterialien hohe Kapazitäten liefern, müssen Leitfähigkeit, elektrochemische Aktivität und Porosität ausgewogen sein. Bei der Herstellung half den Wissenschaftlern die Mikrofluidik entscheidend weiter, die sich mit dem Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen auf kleinstem Raum beschäftigt.

Die Wissenschaftler nutzten zwei Kohlenstoff-Nanomaterialien und ein metall-organisches Gerüst, um daraus ein hybrides feinporöses Elektrodenmaterial zu entwickeln. Die Nanokohlenstoffe lieferten die große Oberfläche und hervorragende Leitfähigkeit, und das metall-organische Gerüst die poröse Struktur und die elektrochemische Aktivität. Um die Elektroden biegsam und damit textilgeeignet zu machen, versponnen die Wissenschaftler das mikro-mesoporöse Kohlenstoffgerüst mit einem thermoplastischen Harz zu Fasern. Anschließend verpressten sie die Fasern zu einem Gewebe.

Erste Tests in Kleidern und Funktionstextilien

Die Superkondensatoren, die mit diesen textilen Elektroden gebaut wurden, waren nicht nur biegsam. Es stellte sich auch heraus, dass sie höhere Energiedichten und größere spezifische Kapazitäten aufweisen als vergleichbare Super-Caps. Sie überstanden über 10.000 Lade- und Entladezyklen. Die Wissenschaftler-Teams testeten sie auch in praktischen Anwendungen: Zum Beispiel in Kleidern, in denen intelligente LEDs ihre Farben wechseln oder in Funktionskleidung, wo sie integrierte elektronische Geräte über Solarzellen mit Strom versorgen.

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