Neuer Superkondensator auf Pflanzenbasis

Forscher entwickelten einen innovativen Superkondensator, der mechanische Bewegungen in Strom umwandelt und ihn zugleich speichert. Basierend auf einem Bio-Hydrogel aus den Samen der Mimosa pudica ermöglicht das System eine nachhaltige Energiegewinnung ohne Batterien oder toxische Materialien. Mit integrierten Elektroden aus Graphenoxid und Nickel-dotiertem Zink-Zinn-Oxid bietet der Superkondensator eine beeindruckende Leistung von 13,5 Volt und eine langfristige Kapazitätserhaltung von 87,5% nach 6.000 Zyklen. Geplante Einsatzbereiche wie medizinische Implantate und selbstversorgende Wearables verdeutlichen das Potenzial dieser Technologie.

Energiegewinnung durch Bio-Hydrogel und mechanische Bewegung

Ein innovativer Energiespeicher auf Pflanzen-Basis wandelt mechanische Bewegung, z.B. durch Fingerdruck, in Strom um und speichert ihn ohne Batterie oder toxische Materialien ab. Der neue Wunder-Superkondensator soll vor allem in medizinischen Implantaten und selbstversorgenden Wearables zum Einsatz kommen. Die pflanzliche Basis schafft der Samen der Mimosa pudica, eine Pflanze, die auf Berührung mit Blattbewegung reagiert. Aus diesem Samen stellt man ein Bio-Hydrogel her, das aus organischen Molekülen besteht. Jene Moleküle verfügen über zahlreiche polare Gruppen (z.B. -OH, Amidstrukturen), die auf Druck reagieren. Sofern das Material mechanisch belastet wird, verschiebt sich die elektrische Ladung, wodurch wiederum Strom entsteht. Den Prozess nennt man Piezoelektrizität. Die piezoelektrische Komponente liefert bei 24 pC/N eine Leistungsdichte von 4,96 µW/cm.

Leistungsmerkmale des Superkondensators auf Pflanzenbasis

Das Bio-Hydrogel ist mit Elektroden ausgestattet, die aus einer einzigartigen Materialkombination bestehen: reduziertem Graphenoxid (RGO) und Nickel-dotiertem Zink-Zinn-Oxid (NiZTO). Diese Materialmischung ermöglicht es, den erzeugten Strom unmittelbar zu speichern. Die Dotierung optimiert Sauerstoffvakanzen und verbessert die Redoxaktivität, während das RGO mit seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit und großen Oberfläche für eine effiziente Energiespeicherung sorgt. Das Gerät erzielt ein Spannungsfenster von 0,9 Volt, eine spezifische Kapazität von 509 Farad pro Gramm sowie eine Energiedichte von 125,4 Wattstunden pro Kilogramm bei einer Leistungsdichte von 1.200 W/kg. Die Ladefunktion basiert auf einem innovativen mechano-katalytischen piezoelektrochemischen Prozess, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt und speichert.

Im Rahmen von Experimenten erzielte das System z.B. eine Spannung von bis zu 13,5 Volt, einen Strom von 2,98 Mikroampere und eine Energieumwandlungsrate von etwa 40 Prozent. Diese Ergebnisse übertreffen laut den vorliegenden Angaben die Leistung vieler bio-basierter Alternativen deutlich.

Besonderheiten und Zukunftsaussichten des Superkondensators

Die besondere an diesem neuartigen Superkondensator ist, dass er gleichzeitig Energie erzeugt und speichert. Kurzum: Es entsteht ein selbst aufladender Superkondensator (SCS). Allein nach 180 Sekunden leichtem Druck mit einem Finger konnte man einen Ladestand von 430 Millivolt erreichen. Zudem blieb nach Angaben der Forscher nach 6000 Ladezyklen noch 87,5 Prozent der Speicherkapazität erhalten.

Nun soll das Gerät in den ersten tragbaren und medizinischen Prototypen zum Einsatz kommen, um unter realen Bedingungen getestet zu werden. Zudem arbeiten die Forscher sowohl an günstigeren Herstellungsverfahren für die Elektrodenmaterialien als auch an einer strukturellen Optimierung des Hydrogels, um dessen Haltbarkeit zu verbessern. Ferner sind auch Kombinationen mit anderen Energiequellen, z.B. Reibung oder Sonnenlicht auf Pflanzenbasis, in Planung.

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