Den Wissenschaftlern Xavier Aeby und Gustav Nyström ist es gelungen, eine vollständig bedruckte, biologisch abbaubare Batterie aus Zellulose und anderen ungiftigen Komponenten herzustellen. Nach zwei Monaten im Erdreich vergraben ist der Kondensator zerfallen und hinterlässt nur noch wenige sichtbare Kohlenstoffpartikel. Die Batterie wurde aus gelatineartigen Tinten und mit einem modifizierten 3D-Drucker hergestellt.

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Herstellung mit handelsüblichem 3D-Drucker: Zur Herstellung der biologisch abbaubaren Batterie wird ein handelsüblicher, modifizierter Desktop-3D-Drucker genutzt. Die Innovation liegt jedoch in der Rezeptur der gelatineartigen Tinten, die vom 3D-Drucker verarbeitet werden. Die Mischung besteht aus Cellulose-Nanokristalliten, Cellulose-Nanofasern sowie Kohlenstoff in Form von Aktivkohle, Ruß und Graphit. Um all die genannten Bestandteile zu verflüssigen, nutzen die Forscher Wasser, Glycerin, zwei verschiedene Alkoholsorten sowie Kochsalz für die Ionenleitfähigkeit, wie es in einem Artikel auf phys.org heißt.

Um daraus einen funktionierenden Superkondensator zu bauen, wird die gelartige Tinte mit Hilfe von 3D-Druck in mehreren Schichten nacheinander auf eine Oberfläche aufgetragen. Die einzelnen Schichten bilden dabei eine flexible Folie, auf die eine stromleitende Schicht kommt, gefolgt von einer Elektrode und einem Elektrolyten in der Mitte. Dank der flexiblen Folie kann das Ganze dann wie ein Sandwich zusammengefaltet werden.

Der daraus entstandene Minikondensator ist ein ökologisches Wunder. Die Batterie kann stundenlang Strom speichern, hält Tausenden von Lade- und Entladezyklen, Minusgraden sowie jahrelanger Lagerung stand und ist dabei druck- und stoßfest.

Biologisch abbaubar und vielseitig einsetzbar

Wenn die Batterie nicht mehr gebraucht wird, kann sie einfach im Kompost entsorgt werden. Bereits nach wenigen Monaten ist der Kondensator zerfallen und hinterlässt nur noch wenige sichtbare Kohlenstoffpartikel. Wie Xavier Aeby vom Empa-Labor Cellulose & Wood Materials erklärt, seien lange Versuchsreihen nötig gewesen, bis alle Komponenten aus dem 3D-Drucker zuverlässig flossen, alle Parameter stimmten und der Kondensator funktionierte.

Aeby hat in Zusammenarbeit mit seinem Chef Gustav Nyström das Konzept eines biologisch abbaubaren Stromspeichers entwickelt und erfolgreich umgesetzt. Das Forscherteam untersuchte schon seit längerer Zeit funktionelle Gele auf Basis von Nanocellulose. Das gewonnene Material ist nicht nur ein nachwachsender und umweltfreundlicher Rohstoff, sondern durch seine Chemie auch vielseitig einsetzbar. Der Superkondensator könnte seine Anwendung im Internet der Dinge finden, zur Stromversorgung von Sensoren in der Landwirtschaft oder Umweltüberwachung.

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