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Donnerstag, 27.07.2017
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Papier als Batterie

Nanoröhrchen verwandeln Zelluloseblätter in eine wiederaufladbare Stromquelle

Sie sieht aus wie ein einfaches Stück schwarzes Papier und besteht auch zu einem großen Teil aus Zellulose, die neuartige Batterie, die amerikanische Forscher jetzt entwickelt haben. Sie ist nicht nur dünn und beweglich, sie kann auch bedruckt werden wie normales Papier, liefert aber Strom und kann sogar als Kondensator wirken.
Neues Nano-Papier

Neues Nano-Papier

Die Ähnlichkeit des neuen elektronischen Geräts ist kein Zufall: Immerhin besteht es zu 90 Prozent aus Zellulose, dem Stoff, aus dem Zeitungspapier, Pappe und alle anderen Papiersorten bestehen. Die Forscher des Rensselaer Polytechnic Instituts bedruckten diese Zellulose mit Kohlenstoffnanoröhrchen, die so ausgerichtet sind, dass sie als Stromleiter fungieren können. Gleichzeitig geben sie der Papierbatterie ihre schwarze Farbe. Als Elektrolyte dient eine ionische Flüssigkeit, im Prinzip ein flüssiges Salz. Da dieses kein Wasser enthält, ist die Papierbatterie unempfindlich gegenüber Frost oder Austrocknung. Sie funktioniert bei Temperaturen von 73 Grad unter Null bis zu 150 Grad Hitze ohne Probleme.

Nanoröhrchen aufgedruckt


„Es ist im Prinzip ein normales Stück Papier, aber auf intelligente Weise gemacht“, erklärt Robert Linhardt, Professor für Biokatalyse und Technik am Rensselaer Institut. „Wir setzen nicht einfach Teile zusammen, stattdessen ist es ein einziger, integrierter Apparat. Die Komponenten sind molekular miteinander verbunden: der Nanoröhrchen-Druck ist in das Papier eingebettet und dieses ist von Elektrolyten durchsetzt. Das Endresultat ist ein Apparat, der aussieht wie Papier, sich anfühlt wie Papier und genauso leicht ist wie Papier.“

Akku und Kondensator in einem


Das Gerät vereint gleich zwei Funktionen in sich: Einerseits kann es – wie ein herkömmlicher Akku – über lange Zeit einen gleichmäßigen Strom erzeugen, andererseits aber produziert es auf Wunsch auch den kurzen aber starken Stromstoß wie für einen Kondensator typisch. Das Ganze kann zudem gerollt, verdreht oder in eine beliebige Form geschnitten werden, ohne dass seine Funktion leidet. Wie Papier können auch mehrere Batterieblätter gestapelt werden, um die Leistung zu bündeln und zu erhöhen. Das berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der „Proceedings of the National Academy of Sciences“.


Blut und Schweiß als Elektrolyte


Das geringe Gewicht des neuen Geräts prädestiniert es nach Ansicht der Forscher für die Nutzung in Fahrzeugen, Booten oder Flugzeugen. Dort könnte es zu verschiedenen Bauteilen geformt werden, beispielsweise als Belag auf der Autotür. Doch nicht nur im technischen Bereich, auch in der Medizin sehen die Wissenschaftler sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten für ihre Papierbatterie. Denn das Gerät läuft auch dann, wenn das Papier statt mit der ionischen Flüssigkeit mit Blut oder Schweiß als Elektrolyt getränkt ist. „Es könnte eingesetzt werden, um ein kleines Instrument, wie beispielsweise einen Schrittmacher, mit Strom zu versorgen, ohne dass potenziell schädliche Chemikalien eingesetzt werden müssen“, erklärt Linhardt.

Nächster Schritt: Massenproduktion


Der nächste Schritt für die Forscher ist die Entwicklung einer Methode zur Massenproduktion der Papierbatterie. Die benötigten Rohstoffe sind nicht teuer, noch aber ist die Herstellung zu kompliziert, um als Serienfertigung lohnend zu sein. Ziel ist es daher, eine Methode zu entwickeln, bei der die Papierbatterien in einer Art Druckmaschinen vergleichbar dem Zeitungsdruck produziert werden.

„Wenn wir diese Technologie haben, besitzen wir die Fähigkeit, sehr einfach Batterien und Kondensatoren zu drucken“, so Linhardt. „Die Industrie sucht momentan nach immer kleineren und leichteren Energielieferanten. Unser Gerät könnte daher seinen Weg in zahlreiche Anwendungen finden.“ Die Wissenschaftler haben ihre Entwicklung bereits zum Patent angemeldet und arbeiten nun an der Optimierung des Produktionsprozesses und der Leistungsfähigkeit der Batterie.
(Rensselaer Polytechnic Institute, 14.08.2007 - NPO)
 
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