Endstation Kompost

Für Batterie auf Zellulose-Basis kein Problem!

Empa Batterie bioabbaubar
Nach zwei Monaten im Erdreich hat sich der Kondensator aufgelöst, nur wenige sichtbare Kohlenstoffpartikel bleiben zurück.
© Gian Vaitl/ Empa

Die Zahl der Daten sendenden Geräte, etwa in der Transportlogistik, wird in Zukunft stark zunehmen. All diese Geräte brauchen Energie, doch die dafür nötige Menge an Batterien belastet die Umwelt. Empa-Forscher haben einen kompostierbaren Mini-Kondensator entwickelt, der das Problem löst.

Die Produktionsanlage für die Batterie-Revolution sieht recht harmlos aus: Es ist ein modifizierter, handelsüblicher 3D-Drucker, der in einem Raum im Empa-Laborgebäude steht. Die eigentliche Innovation liegt im Rezept für die gelatinösen Tinten, die dieser Drucker auf eine Oberfläche spritzen kann.

Die Mixtur, um die es dabei geht, besteht aus Cellulose-Nanofasern und Cellulose-Nanokristalliten, dazu kommt Kohlenstoff in Form von Ruß, Graphit und Aktivkohle. Um all dies zu verflüssigen, benutzen die Forscher Glycerin, Wasser und zwei verschiedene Sorten Alkohol. Dazu eine Prise Kochsalz für die ionische Leitfähigkeit.

Ein Sandwich aus vier Schichten

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

Empa Batterie bioabbaubar
Die biologisch abbaubare Batterie besteht aus vier Schichten, die alle nacheinander aus einem 3D-Drucker kommen. Dann wird alles wie ein Sandwich zusammengefaltet, mit dem Elektrolyten in der Mitte.
© Gian Vaitl / Empa

Der Mini-Kondensator aus dem Empa-Labor kann über Stunden Strom speichern und schon jetzt eine kleine Digitaluhr antreiben. Er übersteht tausende Lade- und Entladezyklen und voraussichtlich auch jahrelange Lagerung, selbst bei frostigen Temperaturen. Außerdem ist der Kondensator ist resistent gegen Druck und Erschütterung.

Das Beste daran aber: Wenn man ihn nicht mehr braucht, kann man ihn in den Kompost werfen oder einfach in der Natur zurücklassen. Nach zwei Monaten ist der Kondensator in seine Bestandteile zerfallen, nur ein paar sichtbare Kohlepartikel bleiben von ihm übrig. Auch das haben die Forscher bereits ausprobiert.

Anwendung im Internet of Things

Der Superkondensator könnte bald zu einem Schlüsselbaustein für das Internet of Things werden. 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. Damit ließe sich zum Beispiel der Inhalt einzelner Pakete während des Versandwegs überprüfen. Auch die Stromversorgung von Sensoren im Umwelt-Monitoring oder in der Landwirtschaft ist denkbar – man muss diese Batterien nicht wieder einsammeln, sondern könnte sie nach verrichteter Arbeit einfach in der Natur belassen.

Zur wachsenden Zahl elektronischer Kleinstgeräte wird auch die patientennahe Labordiagnostik beitragen, die derzeit boomt. Kleine Testgeräte für den Einsatz am Krankenbett oder Selbsttestgeräte für Diabetiker zählen etwa dazu. Auch für solche Anwendungen könnte sich der kompostierbare Zellulose-Kondensator gut eignen.


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