Robert Klatt
Die Bauform von elektronischen Geräten wird durch die Batterie stark eingeschränkt. Eine neue, flexible Batterie, die Zahnpasta ähnelt, ermöglicht neue Produktdesigns.
Linköping (Schweden). In den kommenden Jahrzehnten wird die Anzahl an mobilen, elektrischen Geräten, darunter Sensoren zur Gesundheitsüberwachung, Insulinpumpen, Herzschrittmacher und Hörgeräte, aber auch neue Technik wie vernetzte Nervenimplantate und weiche Robotik, stark zunehmen. Um die Technik ohne Einschränkungen betreiben zu können, sind laut Forschern der Linköping University (LiU) neue Batterietypen nötig.
„Batterien sind das größte Bauteil in jeder Elektronik. Bisher sind sie fest und ziemlich sperrig. Mit einer weichen, formbaren Batterie entfallen diese Designgrenzen. Sie lässt sich ganz anders in die Technik integrieren und individuell anpassen.“
Laut der Publikation im Fachmagazin Science Advances haben die Wissenschaftler deshalb eine neue Batterie entwickelt, deren Form an jedes Gerät angepasst werden kann. Die flexible Batterie hat eine ähnliche Konsistenz wie Zahnpasta.
„Die Konsistenz erinnert an Zahnpasta. Das Material lässt sich beispielsweise in einem 3D-Drucker verwenden, um die Batterie ganz nach Wunsch zu formen. Das eröffnet neue technologische Perspektiven.“
In der Forschung hat man bereits zuvor an flexiblen Batterien gearbeitet. Die früheren Ansätze basierten auf mechanischen Lösungen, etwa verschiebbaren Verbindungen oder dehnbaren Komponenten. Diese Methoden konnten das grundlegende Problem aber nicht lösen und die Steifigkeit der Batterien nahm mit ihrer Kapazität zu.
Außerdem hat man bereits mit flüssigen Elektroden experimentiert, die auf flüssigen Metallen wie Gallium bestanden. Diese funktionierten jedoch ausschließlich als Anode und hatten den Nachteil, bei Lade- und Entladevorgängen zu erstarren. Die flüssige Eigenschaft geht dadurch verloren.
Die flexible Batterie der Forscher der LiU hat diese Probleme nicht.
„Wir haben genau dieses Problem gelöst und erstmals gezeigt, dass die Kapazität unabhängig von der Steifigkeit sein kann.“
Als Material dienen leitfähige Kunststoffe (Polymere) und Lignin, ein Nebenprodukt aus der Papierherstellung. Die daraus produzierte, flexible Batterie kann über 500-mal auf- und entladen werden, ohne ihre Kapazität zu verlieren. Außerdem kann sie ohne Schäden auf die doppelte Länge gedehnt werden.
„Unsere Batterie basiert auf Materialien wie konjugierten Polymeren und Lignin – beides reichlich verfügbare Rohstoffe. Indem wir ein Nebenprodukt wie Lignin in ein hochwertiges Batteriematerial umwandeln, fördern wir ein zirkuläres Wirtschaftssystem. Damit ist unsere Entwicklung auch ökologisch nachhaltig.“
Die Forscher arbeiten aktuell darin, die elektrische Spannung der Batterie zu erhöhen. Dabei gibt es aber noch technische Probleme.
„Die Batterie ist noch nicht perfekt. Wir konnten zeigen, dass das Konzept funktioniert, aber die Leistung muss weiter optimiert werden. Aktuell erreichen wir 0,9 Volt. Nun untersuchen wir alternative chemische Verbindungen, um die Spannung zu steigern. Eine Möglichkeit ist der Einsatz von Zink oder Mangan – zwei in der Erdkruste weit verbreiteten Metallen.“
Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.adr9010
