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3D-Druck

Schweizer Forscher entwickeln biologisch abbaubare Mini-Batterie

Empa-Forscher Xavier Aeby und Gustav Nyström mit der biologisch abbaubaren Batterie © Gian Vaitl / Empa
Empa-Forscher Xavier Aeby und Gustav Nyström mit der biologisch abbaubaren Batterie © Gian Vaitl / Empa

Bei der Wende zur nachhaltigen Energieerzeugung sind die Batterien, in denen sauberer Strom gespeichert wird, ein großes Problem. Die Entsorgung und das Recycling einer Batterie stellt sich in vielen Fällen als schwierig heraus. Die Anzahl der zu entsorgenden Batterien nimmt dabei aber stetig zu. Insbesondere Daten sendende Mikrogeräte in Verpackungen und Transportlogistik werden laut Forschern an der Schweizer Forschungseinrichtung Empa immer häufiger verwendet und damit steigt die Anzahl der verwendeten Batterien. Um auf diesem Gebiet mehr Nachhaltigkeit zu schaffen, hat das Team aus dem 3D-Drucker einen biologisch abbaubaren Mini-Kondensator entwickelt. Dieser soll als effizienter und umweltfreundlicher Energiespeicher fungieren.

Batterie aus dem 3D-Drucker

Das Forschungsteam entwickelt nach eigenen Angaben die Batterie im 3D-Drucker aus Cellulose-Nanofasern und Cellulose-Nanokristalliten, dazu kommt Kohlenstoff in Form von Russ, Graphit und Aktivkohle. Um diese Zutaten zu verflüssigen, benutzen die Forscher Glycerin, Wasser und zwei verschiedene Sorten Alkohol sowie eine Prise Kochsalz für die ionische Leitfähigkeit. Alle diese Materialien seien biologisch abbaubar und für die Umwelt dabei nicht schädlich.

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Die Batterie besteht laut den Wissenschaftlern aus vier Schichten, die alle nacheinander aus dem 3D-Drucker fließen. Es gebe eine flexible Folie, eine stromleitende Schicht, dann die Elektrode und zum Schluss den Elektrolyten. Am Ende des Prozesses falten die Forscher die Schichten zusammen, wobei der Elektrolyt in der Mitte liegt. Ihnen zufolge kann der Mini-Kondensator über Stunden Strom speichern und schon jetzt eine kleine Digitaluhr antreiben. Er überstehe tausende Lade- und Entladezyklen und voraussichtlich auch jahrelange Lagerung, selbst bei frostigen Temperaturen. Der Kondensator sei auch resistent gegen Druck und Erschütterung.

© Gian Vaitl / Empa
© Gian Vaitl / Empa

Kondensator zerfällt in Bestandteile

Bei Experimenten hat sich laut dem Forschungsteam herausgestellt, dass der Kondensator nach dem Wegwerfen in seine Bestandteile zerfällt. Nur ein paar sichtbare Kohlepartikel würden übrig bleiben. Es sei daher einfach möglich, das Gerät in den Kompost zu werfen oder in der Natur zurückzulassen.

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Ein wichtiger Einsatzbereich für die biologisch abbaubaren Batterien ist laut den Forschern das Internet of Things. Es handelt sich hierbei laut Microsoft-Definition um ein Netzwerk von mit dem Internet verbundenen Geräten, die eingebettete Sensordaten zur zentralen Verarbeitung an die Cloud übermitteln. Die Sensoren können sich dabei in unterschiedlichen Geräten befinden.  „In Zukunft könnte man solche Kondensatoren etwa mit Hilfe eines elektromagnetischen Feldes kurz aufladen, dann würden sie über Stunden Strom für einen Sensor oder Mikrosender liefern“, sagen die Forschungsleiter Gustav Nyström und Xavier Aeby. Auch die Stromversorgung von Sensoren im Umwelt-Monitoring oder in der Landwirtschaft sei denkbar. Auch für kleine Testgeräte bei der patientennahen Labordiagnostik eigne sich der Kondensator, so die Schweizer über ihre Erfindung. Der mögliche Einsatzbereich ist somit groß. Momentan befindet sich die Batterie aber noch in der Testphase.

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