Schweizer Forscher haben einen kompostierbaren Mini-Kondensator entwickelt, der lediglich aus Kohlenstoff, Zellulose, Glycerin und Kochsalz besteht.

 

Die Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) wollen mit ihrer biologischen abbaubaren Batterie eine Lösung für ein absehbares Umweltproblem finden. Mikrogeräte, etwa bei Verpackungen und in der Transportlogistik, werden stetig zunehmen und Unmengen an Energie benötigen. Die notwendige Menge an Batterien würde die Umwelt enorm belasten, erklären die Forscher in einer Mitteilung vom 3. Juni.

Ihre Lösung für dieses Problem ist ein Mini-Kondensator, der aus biologisch abbaubaren Materialien besteht: Kohlenstoff, Zellulose, Glycerin und Kochsalz. Er funktioniere zuverlässig, erklären die Wissenschaftler. Dies konnte Xavier Aeby von der Empa-Abteilung "Cellulose & Wood Materials" in langen Versuchsreihen erproben. Zusammen mit seinem Chef Gustav Nyström hat der Doktorand das Konzept des biologisch abbaubaren Stromspeichers entwickelt und umgesetzt. 
 
Die Fabrikationsanlage des "ökologischen Wunders", wie die Forscher ihre Entwicklung nennen, steht in einem Labor des Empa-Laborgebäudes. Ein modifizierter, handelsüblicher 3D-Drucker steht darin. Im Rezept für die gelatinösen Tinten, die dieser Drucker auf eine Oberfläche spritzen kann, liegt laut der Forscher der eigentliche Clou. 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.

In vier Schichten fließen die Zutaten nacheinander aus dem 3D-Drucker: 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. Der so entstandene Mini-Kondensator kann laut der Forscher über Stunden Strom speichern und schon jetzt eine kleine Digitaluhr antreiben. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass er tausende Lade- und Entladezyklen übersteht und voraussichtlich auch eine jahrelange Lagerung, selbst bei frostigen Temperaturen. Außerdem bezeichnen die Forscher den Kondensator als resistent gegen Druck und Erschütterung. 

Vielseitig einsetzbar in Mikrogeräten

Erprobt haben sie auch die Kompostierbarkeit des Kondensators: Zwei Monate braucht er für den der Zerfall in seine Bestandteile, nur ein paar sichtbare Kohlepartikel bleiben von ihm übrig. Die Materialien bezeichnen Aeby und Nyström nicht nur als umweltfreundlich, sondern aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung als äußerst vielseitig einsetzbar.

"In Zukunft könnte man solche Kondensatoren etwa mithilfe eines elektromagnetischen Feldes kurz aufladen, dann würden sie über Stunden Strom für einen Sensor oder Mikrosender liefern", erklären die Forscher. So könnte man etwa den Inhalt einzelner Pakete während des Versandwegs überprüfen. Auch die Stromversorgung von Sensoren im Umwelt-Monitoring oder in der Landwirtschaft sei denkbar – man müsste diese Batterien nicht wieder einsammeln, sondern könnte sie nach verrichteter Arbeit einfach in der Natur belassen. Ein weiteres Einsatzfeld sehen die Forscher in der patientennahen Labordiagnostik. Kleine Testgeräte für den Einsatz am Krankenbett oder Selbstgeräte für Diabetiker zählen etwa dazu.