Empa-Forscher entwickeln biologisch abbaubare Batterie

Durch die Vernetzung und die Verbesserung der Logistik, werden immer mehr intelligente Verpackungen und Mikrogeräte entwickelt, die auf Energie und somit Batterien angewiesen sind. Bei der Anzahl von den Geräten und den Batterien wird das zukünftig eine große Belastung für die Umwelt sein. Empa-Forscher haben einen kompostierbaren Mini-Kondensator entwickelt, der das Problem lösen kann. Er besteht lediglich aus Kohlenstoff, Zellulose, Glycerin und Kochsalz – und er funktioniert zuverlässig.

Wie Empa in einer Pressemeldung erklärt, setzt das Team auf einen modifizierten, handelsüblichen 3D-Drucker. Die eigentliche Innovation liegt im Rezept für die gelatinösen Tinten, die dieser Drucker auf eine Oberfläche spritzen kann. Diese Mixtur besteht aus Cellulose-Nanofasern und Cellulose-Nanokristalliten, dazu kommt Kohlenstoff in Form von Russ, Graphit und Aktivkohle. Um all dies zu verflüssigen, benutzen die Forscher Glycerin, Wasser und zwei verschiedene Sorten Alkohol. Dazu eine Prise Kochsalz für die ionische Leitfähigkeit.

Um einen funktionierenden Superkondensator zu bauen, benötigt es vier Schichten, die alle nacheinander aus dem 3D-Drucker kommen. Eine flexible Folie, eine stromleitende Schicht, dann die Elektrode und zum Schluss der Elektrolyt. Diese Schichten werden mit dem Elektrolyten in der Mitte zusammengefaltet.

Der daraus entstehende Mini-Kondensator kann über Stunden Strom speichern und schon jetzt eine kleine Digitaluhr antreiben. Er übersteht tausende Lade- und Entladezyklen und voraussichtlich auch jahrelange Lagerung, selbst bei frostigen Temperaturen. Außerdem ist der Kondensator ist resistent gegen Druck und Erschütterung.

Eine weitere Besonderheit ist, dass die Entwicklung kompostierbar ist. Nach zwei Monaten ist der Kondensator in seine Bestandteile zerfallen, nur ein paar sichtbare Kohlepartikel bleiben von ihm übrig.

Laut den Forschern kann der Superkondensator bald zu einem Schlüsselbaustein für das «Internet of Things» werden. Weitere Details zu der Forschungsarbeit findet man in dem Paper “Supercapacitors: Fully 3D Printed and Disposable Paper Supercapacitors“.