Superkondensatoren: Steine als Stromspeicher

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Mikro-Superkondensatoren auf der Oberfläche von Steinplatten können diese zu kleinen Stromspeichern machen. So könnten künftig Smart-Home-Geräte oder andere kleine elektronische Geräte netzunabhängig mit Strom versorgt werden. Wie das funktioniert, haben koreanische Forscher jetzt gezeigt.

Mikro-Superkondensatoren auf Marmor

Marmor und Granit sind natürliche Materialien, die in vielen Häusern bereits verwendet werden. Bisher wurde Stein jedoch nicht mit Energiespeichern wie Batterien und Kondensatoren kombiniert. Denn auch glatt polierte Steinoberflächen haben mikroskopisch kleine Unebenheiten, die es schwierig machen, elektronische Bauteile daran zu befestigen.

Superkondensatoren können wie Batterien Strom für mobile elektrische Geräte liefern. Sie speichern zwar weniger Energie, können dafür aber mehr Energie in kurzer Zeit liefern und lassen sich beliebig oft und schnell be- und entladen. Für kleine elektronische Geräte wie Wearables oder medizinische Sensoren kommen Mikro-Superkondensatoren zum Einsatz.

Forscher an einer koreanischen Hochschule haben nun einen Weg gefunden, solche Mikro-Superkondensatoren auf unregelmäßigen Oberflächen anzubringen. Sie nutzten für ihre Versuche eine Marmorplatte.

Herstellung mittels Laser

Um einen Mikro-Superkondensator direkt auf der Steinoberfläche herzustellen, brachten die Forscher zunächst eine Kupferoxid-Nanopartikellösung in kammähnlichen Mustern auf. Die Zinken waren dabei miteinander verschränkt. Dann richteten sie einen Nah-Infrarotlaser auf die Nanopartikel und erzeugten so Elektroden aus reinem Kupfer, die porös, hoch leitfähig und fest mit der Steinoberfläche verbunden waren.

Anschließend beschichteten die Forscher eine der Elektroden mit Eisenoxid, um eine Kathode zu bilden, und die andere Elektrode mit Manganoxid, um eine Anode zu bilden. Die Elektrolytschicht, die die Elektroden miteinander verbindet, stellten sie aus einer Lithiumperchlorat- und Polymerlösung her.

Hohe Kapazität nach 4.000 Ladezyklen

Wie die Forscher berichteten, hatte dieser Stromspeicher auch nach 4.000 Ladezyklen noch eine hohe Speicherkapazität. Wenn sie mehrere Mikro-Superkondensatoren in einer Drei-mal-Drei-Anordnung kombinierten, konnten sie schon genug Energie speichern, um eine LED-Leuchte zu betreiben. Außerdem erwiesen sich die steinernen Energiespeicher als äußerst widerstandsfähig gegen harte Stöße und ließen sich zudem schnell recyceln.

Solche Mikro-Energiespeicher können den Forschern zufolge künftig leicht und unkompliziert Energie aus natürlichen Baumaterialien liefern. Dann könnten Lampen, Lautsprecher oder Thermostate ihre Energie direkt aus Fußböden oder Fließen beziehen.

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