Superkondensatoren aus Blättern

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Neue Technologien wie tragbare Elektronik und das Internet of Things brauchen leistungsfähige Energiespeicher. Ein KAIST-Forschungsteam hat es geschafft, flexible Mikro-Superkondensatoren mit Graphenelektroden kostengünstig und schnell aus Blättern herzustellen.

Laserpulse verwandeln organisches Material in Graphen

Wälder bedecken etwa 30 Prozent der Erdoberfläche und produzieren riesige Mengen an Laub. Dieses Laub hat das Interesse von Batterieforschern auf sich gezogen, die es als umweltfreundliches Material zur Batterieherstellung testen. Am Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) haben Forscher mithilfe eines Femtosekundenlasers Hybrid-Mikro-Superkondensatoren aus herabgefallenen Blättern hergestellt.

Die neuartige Herstellungsmethode wurde von einem Forschungsteam unter der Leitung von Professor Young-Jin Kim und Dr. Hana Yoon entwickelt: Sie bestrahlten die Blätter mit ultrakurzen Laserpulsen, die nur wenige Billiardstel Sekunden dauern. Dadurch verwandelte sich das organische Material in Graphen.

Die entstehenden Muster bilden die Elektroden des Kondensators, das Material dazwischen dient als isolierendes Dielektrikum. So entstanden poröse 3D-Graphen-Mikroelektroden mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Es war weder eine Vorbehandlung der Blätter noch zusätzliches Material nötig. Den fertigen Kondensator stabilisierten die Forscher anschließend mit flexiblen Kunststofffolien.

Kostengünstige Herstellung

Diese Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten zur Herstellung flexibler und umweltfreundlicher elektronischer Geräte auf Graphenbasis, und das zu niedrigen Kosten. Mikro-Superkondensatoren liefern eine hohe Leistung, sind schnell aufladbar und langlebig. Da die Nutzungszyklen bei Unterhaltungselektronik immer kürzer werden, entsteht auch immer mehr Batteriemüll. Heute werden flexible Mikro-Superkondensatoren jedoch hauptsächlich aus biologisch nicht abbaubaren synthetischen Polymeren hergestellt. Das führt nicht nur zu Elektronikmüll, sondern erhöht auch die Kosten, da die Herstellung komplex ist.

Anwendung im Smart Home, IoT und in Wearables

Die Forscher zeigten auch mögliche Anwendungen für die neuartigen flexiblen Graphen-Superkondensatoren, indem sie eine Leuchtdiode sowie eine elektronische Uhr mit Strom versorgten. Die kleinen Energiespeicher könnten problemlos in tragbaren elektronischen Geräten, Internet-of-Things-Anwendungen und im Smart Home zum Einsatz kommen.

Professor Young-Jin Kim dazu: „Blätter erzeugen Waldbiomasse, die in unüberschaubaren Mengen anfällt. Ihre Verwendung für Energiespeicher der nächsten Generation ermöglicht es uns, Abfallressourcen wiederzuverwenden.“ Die Forschungsarbeit wurde in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht.

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