Forscher schneidern Energiequelle für Wearables
Ich hatte bereits Anfang Dezember diesen Jahres über laserinduziertes Graphen gesprochen, welches es erstmals ermöglichte, Energie in einem extrem flexiblen und widerstandsfähigen Medium zu speichern. Nun ist es Forscher der Case Western Reserve Universität gelungen, einen drahtförmigen Mikro-Superkondensator aus Titan herzustellen, den man in Jacken, T-Shirts oder Kleider tragen kann. Sie könnten zukünftig für die Energieversorgung von Wearables genutzt werden.
Durch Anordnung der Kondensatoren in Reihen- oder Parallelschaltung wird die Leistung dabei individuell auf Speicherladung und Energieverbrauch des jeweiligen genutzten Gerätes angepasst. Da die technischen Raffinessen neu entwickelter Wearables und der daraus resultierende wachsende Energiebedarf die Leistung heutiger Batterien und Kondensatoren überfordern, scheint dieser Durchbruch das Licht am Ende des Tunnels darzustellen. Denn die Aufladezyklen heutiger technischer Hilfsmittel führt mehr oder weniger zu einer spiralförmig abwärts schreitenden Energieabhängigkeit. Nicht umsonst gehört ein Aufladekabel mittlerweile in der einen oder anderen Handtasche zum Standardrepertoire.
Der neue Superkondensator besteht aus radial-ausgerichteten Titanoxid-Nanoröhren, die auf einem Titandraht sitzen, welches als Hauptelektrode agiert. Der Draht wird mit einem Festelektrolyd aus Polyvinylalkohol und Phosphorsäure beschichtet und darauffolgend mit Garn oder einem Tuch aus ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingehüllt, die als zweite Elektrode fungieren. Die Titanoxid -Nanoröhren, die halbleitend sind, trennen die beiden aktiven Bereiche der Elektroden und verhindern somit einen Kurzschluss.
Das Ergebnis ist ein Kondensator, dessen Kapazität etwa 1,04 Millifarad pro Mikrometer beträgt. Dieser Wert kann auf 1,84 Millifarad pro Mikrometer gesteigert werden, indem der Draht mit einem Tuch aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen umschlossen wird, da diese die wirksame Fläche der Elektrode erhöht.
Das Endresultat ist ein sehr flexibler und langlebiger Mikro-Superkondensator. Tests zeigten, dass nach 1000 Auf- und Entladezyklen der Kondensator noch immer über 80% seiner Ausgangskapazität verfügt. Auch das Verbiegen des Drahts um 180 Grad hat keinen Einfluss auf dessen Performance. Das macht den Einsatz in Kleidung naheliegend, um als Energiequelle für Wearables und technische Komponenten der Medizin, die im Körper getragen werden, zu dienen.
Der nächste Schritt in der Forschung ist die Produktionsmengen des Kondensators zu erhöhen, um ihn in einen industriellen Herstellungsprozess zu integrieren. Außerdem muss noch die direkte Verknüpfung mit den Wearables für den Energieaustausch hergestellt werden.