3D-gedruckte biologisch abbaubare Batterie

Die Zahl der datenübertragenden Kleinstgeräte wird in den kommenden Jahren stark zunehmen. Alle diese Geräte benötigen Energie, aber die Anzahl der Batterien würde die Umwelt stark belasten. Forscher haben einen biologisch abbaubaren Minikondensator entwickelt, der das Problem lösen kann. Die neue Batterie besteht aus Kohle, Zellulose, Glycerin und Speisesalz und wird mit einem 3D-Drucker hergestellt.

Das Herstellungsgerät ist ein modifizierter, kommerziell erhältlicher 3D-Drucker, der eine Mischung aus Zellulose-Nanofasern und Zellulose-Nanokristalliten plus Kohlenstoff in Form von Ruß, Graphit und Aktivkohle abgibt. Um das alles zu verflüssigen, verwenden die Forscher Glycerin, Wasser und zwei verschiedene Alkoholsorten sowie eine Prise Kochsalz für die Ionenleitfähigkeit.

Um aus diesen Zutaten einen funktionierenden Superkondensator zu bauen, braucht es vier Schichten, die alle nacheinander aus dem 3D-Drucker fließen:ein flexibles Substrat, eine leitfähige Schicht, die Elektrode und schließlich der Elektrolyt. Das Ganze wird dann wie ein Sandwich zusammengefaltet, mit dem Elektrolyten in der Mitte.

Der Mini-Kondensator kann stundenlang Strom speichern und bereits eine kleine Digitaluhr mit Strom versorgen. Es hält tausenden Lade- und Entladezyklen und jahrelanger Lagerung auch bei Minusgraden stand und ist druck- und stoßfest. Wenn die Batterie nicht mehr benötigt wird, kann sie auf den Kompost geworfen oder einfach in der Natur belassen werden. Nach zwei Monaten ist der Kondensator zerfallen und hinterlässt nur noch wenige sichtbare Kohlenstoffpartikel.

Das Gelmaterial ist nicht nur ein umweltfreundlicher, nachwachsender Rohstoff, sondern durch seine innere Chemie vielseitig einsetzbar. Der Superkondensator könnte schon bald eine Schlüsselkomponente für das Internet der Dinge werden. Solche Kondensatoren könnten zum Beispiel mit einem elektromagnetischen Feld kurzzeitig aufgeladen werden und dann über Stunden einen Sensor oder einen Mikrosender mit Strom versorgen. Dies könnte beispielsweise genutzt werden, um den Inhalt einzelner Pakete während des Versands zu überprüfen. Auch die Versorgung von Sensoren in der Umweltüberwachung oder der Landwirtschaft ist denkbar – es besteht keine Notwendigkeit, diese Batterien wieder einzusammeln, da sie der Natur überlassen werden könnten, um sich zu zersetzen.

Auch die Zahl der elektronischen Kleinstgeräte wird durch eine deutlich stärkere Verbreitung der derzeit boomenden patientennahen Labordiagnostik (Point-of-Care-Testing) zunehmen. Kleine Testgeräte für den Einsatz am Krankenbett oder Selbsttestgeräte für Diabetiker gehören dazu.