Forscher haben formbaren Akku entwickelt

Sie speichern Energie und halten uns mobil – Akkus sind heute aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken und sie werden angesichts des technologischen Fortschritts immer wichtiger.
Forscher der schwedischen Linköping University haben nun eine weiche Batterie entwickelt, die sich beliebig formen lässt. Der Schlüssel dazu war ein neuer Ansatz – die Umwandlung der Elektroden von einem festen in einen flüssigen Zustand.
„Batterien sind der größte Bestandteil aller elektronischen Geräte. Heute sind sie massiv und recht sperrig. Mit einer weichen und anpassungsfähigen Batterie gibt es jedoch keine Designbeschränkungen. Sie lässt sich völlig anders in die Elektronik integrieren und an den Nutzer anpassen“, erklärt Aiman Rahmanudin, Assistenzprofessor an der Universität Linköping.
Die Textur ähnelt ein wenig der von Zahnpasta, beschreibt Rahmanudin. „Das Material kann beispielsweise in einem 3D-Drucker verwendet werden, um die Batterie nach Belieben zu formen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für Technologien.“ Schätzungen zufolge werden in zehn Jahren mehr als eine Billion Geräte mit dem Internet verbunden sein. Neben traditionellen Technologien wie Mobiltelefonen, Smartwatches und Computern könnte die neue formbare Batterie auch in tragbaren medizinischen Geräten wie Insulinpumpen, Herzschrittmachern, Hörgeräten und verschiedenen Sensoren zur Gesundheitsüberwachung Anwendung finden. Langfristig gesehen wäre die neue weiche Batterie auch für die Entwicklung von Soft-Robotik, E-Textilien und vernetzte Nervenimplantate hilfreich.

Der nächste Schritt bestehe nun darin, die elektrische Spannung der Batterie zu erhöhen. Laut Rahmanudin gibt es derzeit noch einige Einschränkungen, die überwunden werden müssen.
„Die Batterie ist nicht perfekt. Wir haben gezeigt, dass das Konzept funktioniert, aber die Leistung muss verbessert werden. Die Spannung beträgt derzeit 0,9 Volt. Daher prüfen wir nun die Verwendung anderer chemischer Verbindungen zur Spannungserhöhung. Eine Option, die wir prüfen, ist die Verwendung von Zink oder Mangan, zwei Metallen, die in der Erdkruste häufig vorkommen“, sagt Rahmanudin.
Erklärung
Die Forscher erklären: „Flüssige Elektroden wurden bereits in der Vergangenheit getestet, jedoch ohne großen Erfolg. Damals wurden flüssige Metalle wie Gallium verwendet. Dieses Material kann jedoch nur als Anode fungieren und birgt das Risiko, beim Laden und Entladen zu verfestigen und seine flüssige Beschaffenheit zu verlieren. Darüber hinaus wurden für viele der bisher hergestellten dehnbaren Batterien seltene Materialien verwendet, deren Abbau und Verarbeitung erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben.“
Die Forscher am LiU Campus Norrköping haben ihre Soft-Batterie stattdessen auf leitfähigen Kunststoffen (konjugierten Polymeren) und Lignin, einem Nebenprodukt der Papierproduktion, aufgebaut. Die Batterie kann über 500 Mal geladen und entladen werden und behält laut den Forschern dabei ihre Leistung. Sie kann auch auf die doppelte Länge gedehnt werden und funktioniert weiterhin genauso gut.
„Da die Batterie aus konjugierten Polymeren und Lignin besteht, sind die Rohstoffe reichlich vorhanden. Indem wir ein Nebenprodukt wie Lignin zu einem hochwertigen Rohstoff wie Batteriematerial verarbeiten, tragen wir zu einem Kreislaufmodell bei. Es ist also eine nachhaltige Alternative“, sagt Mohsen Mohammadi, Postdoktorand am LOE und einer der Hauptautoren des in Science Advances veröffentlichten Artikels.
Kommentare