Schwedische Wissenschaftler: Flüssige Batterie revolutioniert Technik
Eine Batterie wird oft mit einem festen, kompakten Gegenstand assoziiert. Umso bemerkenswerter ist die Leistung schwedischer Wissenschaftler, die eine flüssige Batterie entwickelt haben, die verschiedene Formen annehmen kann.
Wissenschaftler konkurrieren ständig darum, neue Batterietypen zu entwickeln. Kürzlich beschrieben wir eine Entdeckung von Forschern der Ohio State University: einen Batterieprototyp, der mit nuklearen Abfällen betrieben werden kann. Gleichzeitig präsentieren schwedische Wissenschaftler der Welt ihre flüssige Batterie.
Bedeutet die flüssige Batterie eine Revolution?
Neben der Arbeit an Batterien mit größerer Kapazität und besserer Leistung beschäftigen sich Wissenschaftler auch mit der Integration dieser Batterien in andere Gerätekomponenten. Das Ziel ist, dass die Batterie auch andere Funktionen übernehmen kann, zum Beispiel ein Teil der Karosserie oder des Bodens eines Autos sowie des Gehäuses eines Telefons oder Laptops zu sein. Wissenschaftler der Universität Linköping haben eine flüssige Batterie entwickelt, die solche Kombinationen ermöglichen könnte.
"Die Textur unseres Materials erinnert etwas an Zahnpasta. Man kann es zum Beispiel in einem 3D-Drucker verwenden, um der Batterie jede beliebige Form zu geben. Das eröffnet neue Möglichkeiten für die Technologie", erklärt Prof. Aiman Rahmanudin, der Erfinder, dessen Entdeckung im Magazin "Science Advances" beschrieben wurde (DOI 10.1126/sciadv.adr9010).
Wissenschaftler heben hervor, dass in den nächsten zehn Jahren über eine Billion verschiedener Geräte mit dem Internet verbunden sein sollen. Neben bekannten Technologien wie Mobiltelefonen, Smartwatches oder Computern gehören dazu auch medizinische Geräte, die am Körper oder auf der Körperoberfläche getragen werden, darunter Insulinpumpen, Herzschrittmacher, Hörgeräte oder verschiedene Sensoren zur Gesundheitsüberwachung. Zudem werden Technologien wie weiche Robotik, E-Textilien und sogar neuronale Implantate entwickelt, die mit dem Internet verbunden arbeiten.
"Batterien sind das größte Element in elektronischen Geräten. Derzeit sind sie hart und ziemlich groß. Aber mit einer weichen und flexiblen Batterie wird es keine Designbeschränkungen mehr geben. Eine solche Batterie kann auf völlig neue Weise in die Elektronik integriert und an den Nutzer angepasst werden", erklärt der Forscher.
Innovativer Ansatz zu flüssigen Elektroden
Ein Schlüsselelement der neuen Erfindung war die Umwandlung der Elektroden vom festen in den flüssigen Zustand. Frühere Versuche, flexible und dehnbare Batterien zu schaffen, stützten sich hauptsächlich auf mechanische Lösungen, zum Beispiel dehnbare Verbundmaterialien oder sich gegeneinander verschiebende Elemente. Doch solche Methoden lösten das grundlegende Problem nicht: Auch wenn eine größere Batterie mehr Kapazität bietet, bedeutet dies mehr aktive Materialien und folglich dickere, steifere Elektroden.
"Wir haben dieses Problem gelöst und erstmals gezeigt, dass die Kapazität nicht von der Steifigkeit abhängt", sagt Prof. Rahmanudin.
Die Wissenschaftler erinnern daran, dass es frühere Versuche gab, flüssige Elektroden zu verwenden, die jedoch keine signifikanten Ergebnisse erzielten. Damals verwendete man flüssige Metalle wie Gallium, das nur als Anode fungieren kann. Es besteht auch das Risiko, dass es während des Lade- und Entladezyklus fest wird, wodurch es seine flüssige Eigenschaft verliert.
Viele frühere dehnbare Batterien basierten zudem auf seltenen Rohstoffen, deren Gewinnung und Verarbeitung die Umwelt stark belastet.
Eigenschaften der flüssigen Batterie
Das Team aus Schweden hat seine Batterie mit leitfähigen Polymeren und Lignin konstruiert – einer Substanz, die als Nebenprodukt bei der Papierherstellung entsteht. Die entwickelte Zelle kann über 500 Mal geladen und entladen werden, ohne dass eine merkliche Leistungseinbuße auftritt. Zudem kann die Batterie auf das Doppelte gedehnt werden und arbeitet weiterhin effizient.
"Da die in der Batterie verwendeten Materialien konjugierte Polymere und Lignin sind, sind die Rohstoffe leicht zugänglich. Durch die Umwandlung eines Nebenprodukts wie Lignin in ein wertvolles Material für die Batteriefertigung tragen wir auch zu einem zirkuläreren Wirtschaftsmodell bei. Wir sprechen also von einer nachhaltigen Alternative zu den heutigen Technologien", erklärt Dr. Mohsen Mohammadi, einer der Autoren der Veröffentlichung.
Prof. Aiman Rahmanudin betont jedoch bescheiden, dass "die Batterie nicht perfekt ist". Der funktionierende Prototyp ist kein endgültiges Produkt. Derzeit bemühen sich die Wissenschaftler darum, die elektrische Spannung zu erhöhen, die im Konzeptstadium des Geräts 0,9 V beträgt. Das Team sucht nach chemischen Verbindungen, die die Spannung erhöhen könnten.
"Eine der Optionen, die wir untersuchen, ist die Verwendung von Zink oder Mangan - zwei Metallen, die in der Erdkruste häufig vorkommen", erklärt Prof. Rahmanudin.
