Wie großartig wäre es, wenn Batterien, diese sperrigen, starren Blöcke, aus denen die meisten unserer Geräte bestehen, jede beliebige Form annehmen könnten? Dies ist keine Science-Fiction, sondern die konkrete Realität, die von Forschern beiUniversität Linköping. Ihre 3D-druckbare, zahnpastaähnliche Flüssigkeitsbatterie läutet eine neue Ära in der Elektronik ein.
Schätzungen zufolge werden wir innerhalb von zehn Jahren über eine Billion vernetzte Geräte haben.: von klassischen Smartphones und Smartwatches bis hin zu tragbaren medizinischen Geräten wie Insulinpumpen, Schrittmacher e sensori der Gesundheitsüberwachung. Und das ohne die weiche Robotik, E-Textil und neurale Implantate. Für all diese Geräte ist eine Flüssigkeitsbatterie, die jede beliebige Form annehmen kann, nicht nur praktisch: Sie ist notwendig. Wir wissen, dass die Energiestarrheit schon immer die unsichtbare Grenze des technologischen Designs war.
Eine elektrische „Pasta“, die den Unterschied macht
„Die Konsistenz ähnelt ein wenig der von Zahnpasta. Das Material kann beispielsweise in einem 3D-Drucker verwendet werden, um die Batterie beliebig zu formen. Dies eröffnet eine neue Art von Technologie“, erklärt er. Aiman Rahmanudin, Assistenzprofessor anUniversität Linköping. Diese Beschreibung hat etwas Poetisches: Energie, die flüssig wird, die sich anpasst, anstatt ihre eigene Form aufzuzwingen.
Batterien sind derzeit der größte Bestandteil aller elektronischen Geräte. Heute sind sie massiv und eher sperrig. Das Problem war immer dasselbe: Je höher die Batteriekapazität, desto dicker müssen die Elektroden sein und desto größer ist somit auch die Steifigkeit. Ein Teufelskreis, der bisher undurchbrechbar schien.
Aber mit einer weichen, passgenauen Batterie gibt es keine Designbeschränkungen. Es lässt sich ganz anders in die Elektronik integrieren und an den Benutzer anpassen. Ich übertreibe nicht, wenn ich sage, dass es die Art und Weise, wie wir mit der Alltagstechnologie interagieren, radikal verändern könnte.
Flüssigkeitsbatterie: Nachhaltigkeit und Flexibilität vereint
Frühere Versuche, weiche, dehnbare Batterien herzustellen, beruhten auf verschiedenen Arten mechanischer Merkmale, wie etwa dehnbaren Gummiverbundstoffen oder Verbindungen, die übereinander gleiten. Doch diese Lösungen gingen nicht an den Kern des Problems: Mehr aktives Material bedeutet dickere Elektroden und damit eine höhere Steifigkeit.
„Hier haben wir dieses Problem gelöst und sind die Ersten, die zeigen, dass die Kapazität unabhängig von der Steifheit ist“, sagt Rahmanudin.
Flüssigkeitselektroden wurden in der Vergangenheit bereits getestet, allerdings ohne großen Erfolg. Damals wurden flüssige Metalle wie Gallium verwendet, die allerdings nur als Anode fungieren können und bei denen die Gefahr besteht, dass sie beim Laden und Entladen erstarren und ihre flüssige Natur verlieren. Darüber hinaus wurden bei vielen der zuvor hergestellten Stretchbatterien seltene Erden verwendet, deren Gewinnung und Verarbeitung große Auswirkungen auf die Umwelt hatten.
Die Zukunft flexibler Batterien
Stattdessen basierten die Forscher ihre Soft-Batterie auf leitfähige Kunststoffe (konjugierte Polymere) und Lignin, ein Nebenprodukt der Papierproduktion. Der Akku kann über 500 Mal wiederaufgeladen und entladen werden, ohne dass seine Leistung nachlässt. Es kann auch auf die doppelte Länge verlängert werden und funktioniert genauso gut.
„Da die Materialien der Batterie aus konjugierten Polymeren und Lignin bestehen, sind die Rohstoffe reichlich vorhanden. Indem wir ein Nebenprodukt wie Lignin zu einem hochwertigen Rohstoff wie Batteriematerial weiterverwenden, tragen wir zu einem Kreislaufmodell bei. Es handelt sich also um eine nachhaltige Alternative“, erklärt er. Mohsen Mohammad, ein Postdoktorand am LOE und einer der Hauptautoren des Papiers veröffentlicht Wissenschaft Fortschritte.
Die Flüssigkeitsbatterie befindet sich noch im Versuchsstadium; Derzeit liefert er 0,9 Volt, aber Forscher arbeiten bereits daran, diese Spannung mithilfe verschiedener chemischer Verbindungen wie Zink oder Mangan, zwei in der Erdkruste häufig vorkommenden Metallen, zu erhöhen.
Ich kann es kaum erwarten, mir irgendwo etwas davon aufzuschmieren.
