Biologisch abbaubare 3D-gedruckte Mini-Batterie: Umweltfreundliche Energie für zukünftige Mikrogeräte

Die Anzahl der datenübertragenden Mikrogeräte wird in den kommenden Jahren stark zunehmen. All diese Geräte benötigen Energie, aber die Anzahl der Batterien hätte große Auswirkungen auf die Umwelt. Forscher haben einen biologisch abbaubaren Mini-Kondensator entwickelt, der das Problem lösen kann. Die neue Batterie besteht aus Kohlenstoff, Zellulose, Glycerin und Speisesalz und wird mit einem 3D-Drucker hergestellt.

Das Fertigungsgerät ist ein modifizierter, kommerziell erhältlicher 3D-Drucker, der ein Gemisch aus Zellulose-Nanofasern und Zellulose-Nanokristalliten sowie Kohlenstoff in Form von Ruß, Graphit und Aktivkohle dosiert. Um all dies zu verflüssigen, verwenden die Forscher Glycerin, Wasser, zwei verschiedene Alkoholsorten sowie eine Prise Speisesalz für die ionische Leitfähigkeit.

Um einen funktionsfähigen Superkondensator aus diesen Zutaten zu bauen, werden vier Schichten benötigt, die nacheinander aus dem 3D-Drucker fließen: ein flexibles Substrat, eine leitende Schicht, die Elektrode und schließlich der Elektrolyt. Das Ganze wird dann wie ein Sandwich gefaltet, mit dem Elektrolyten in der Mitte.

Der Mini-Kondensator kann Strom für Stunden speichern und bereits eine kleine Digitaluhr betreiben. Er hält Tausende von Lade- und Entladezyklen und Jahre der Lagerung stand, sogar bei Gefriertemperaturen, und ist druck- und stoßfest. Wenn die Batterie nicht mehr benötigt wird, kann sie in den Kompost geworfen oder einfach in der Natur belassen werden. Nach zwei Monaten wird der Kondensator zerfallen sein, wobei nur wenige sichtbare Kohlenstoffpartikel zurückbleiben.

Das Gel-Material ist nicht nur ein umweltfreundlicher, nachwachsender Rohstoff, sondern seine interne Chemie macht es extrem vielseitig. Der Superkondensator könnte bald zu einer Schlüsselkomponente für das Internet der Dinge werden. Solche Kondensatoren könnten kurzzeitig durch ein elektromagnetisches Feld aufgeladen werden, beispielsweise, und dann einen Sensor oder einen Mikro-Transmitter für Stunden mit Strom versorgen. Dies könnte verwendet werden, um beispielsweise den Inhalt einzelner Pakete während des Versands zu überprüfen. Das Betreiben von Sensoren in der Umweltüberwachung oder Landwirtschaft ist ebenfalls vorstellbar – es gibt keine Notwendigkeit, diese Batterien wieder einzusammeln, da sie in der Natur abgebaut werden können.

Die Anzahl der elektronischen Mikrogeräte wird auch aufgrund der viel weiter verbreiteten Nutzung von Near-Patient-Labor-Diagnostik (Point-of-Care-Testing) zunehmen, die derzeit boomt. Kleine Testgeräte für die Verwendung am Krankenbett oder Selbsttestgeräte für Diabetiker gehören dazu.