Ein neuer Ansatz aus Kanada
Hier kommen die Forscher der McGill-Universität in Kanada ins Spiel. Angetrieben von der Idee, eine umweltfreundliche Alternative zu schaffen, nahmen sich sie einem kreativen Konzept an. Inspiriert von Kinderversuchen, in denen eine Zitrone und Kupferdraht zur Stromversorgung einer Glühbirne verwendet werden, forschte ein kleines Team darüber, wie Zitronensäure eine auf Gelatine basierende Elektrolyt-Lösung verbessern könnte, um deren Leitfähigkeit zu erhöhen.
Die Grundlagen der flexiblen Batterie
Das Konzept ist hierbei relativ einfach – die Batterie verwendet Gelatine als Elektrolyt und Magnesium sowie Molybdän als Elektroden. Diese Elemente sind im Wesentlichen harmlos und können sicher im Boden abgebaut werden. Allerdings gestaltete sich die Idee nicht ganz so praktisch, wie erwartet. Magnesium neigt dazu, eine Schicht zu bilden, die die Reaktion zwischen Elektrolyt und Elektrode hemmt. Junzhi Liu, Doktorand und verantwortlicher Tester, erklärte dazu, dass dies ein Problem darstellt.
Die Rolle der Zitronensäure
Auf Rat ihrer Forschungsleiterin Sharmistha Bhadra begann Liu, sich intensiver mit Zitronensäure zu beschäftigen. Diese ist nicht nur ein guter Elektrolyt sondern enthält auch genügend Ionen, die für den Stromfluss benötigt werden. Das Team stellte fest, dass eine Mischung von Zitronensäure und sogar Milchsäure mit dem Gelatineelektrolyten in der Lage war, die schädliche Schicht am Magnesiumelektroden aufzulösen. Das Ergebnis war eine deutlich verbesserte Lebensdauer der Batterie und eine gesteigerte Spannung.
Kirigami und ihre Anwendungen
Noch faszinierender ist, dass das Team, inspiriert von Kirigami – der japanischen Kunst des Faltens und Schneidens von Papier – die Batterie in ein Muster schnitt. Dies ermöglichte es der Batterie, sich um bis zu 80 % über ihre ursprüngliche Länge zu dehnen, während die Spannung stabil blieb. Die Ingenieure entwickelten sogar einen einfachen Drucksensor, der an einem Finger getragen werden kann und durch diese innovative Batterie mit Energie versorgt wurde. Diese 1 x 1-cm Batterie lieferte dabei nahezu dieselbe Leistung wie eine Standard-AA-Batterie.
Abbau und Umweltfreundlichkeit
Ein weiterer bemerkenswerter Aspekt der dehnbaren Batterie ist ihr Abbau. Das Team stellte fest, dass, nachdem die dehnbare Batterie entleert war und in einer puffernden Lösung getränkt wurde, sowohl der Elektrolyt als auch die Magnesiumelektrode innerhalb von weniger als zwei Monaten vollständig abgebaut wurden. Der Molybdän-Elektrode hingegen hat eine längere Zersetzungsrate und benötigt mehr Zeit, um vollständig zu zerfallen.
Zukunftsaussichten für nachhaltige Batterien
Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Forschung zeigen, dass es möglich ist, umweltfreundlichere Batterien zu entwickeln. Diese könnten in Zukunft Anwendungen in tragbaren Geräten, medizinischen Implantaten sowie in IoT-Geräten finden. Das Potenzial zur Reduzierung von E-Abfällen sowie der Schutz unserer Umwelt ist mit dieser neuen Technologie enorm. Es bleibt abzuwarten, wie die Industrie diese Innovation aufgreifen wird.
Quelle: Advanced Energy and Sustainability Research | McGill University