Flex-Batterie und Bio-Brennstoffzelle: Mobile Stromquellen der Zukunft

Forscher in Grenoble, San Diego und Zürich haben revolutionäre Versorgungssysteme für tragbare Elektronik entwickelt. Das französisch-amerikanische Team präsentiert eine Bio-Brennstoffzelle, die auf die menschliche Haut geklebt wird. Sie wandelt Inhaltsstoffe des Schweißes in Strom um. Die Züricher Wissenschaftler bauten einen Akku, den man dehnen, verdrehen und knicken kann, ohne dass die Stromversorgung unterbrochen wird. Man kann ihn also unbekümmert bei sich tragen. Mechanische Belastungen steckt er locker weg.

Enzym wandelt Schweiß in Strom um

Die Bio-Brennstoffzelle erzeugt so viel Strom, dass sie eine Leuchtdiode kontinuierlich mit Strom versorgen kann. Das zeigte ein Test mit einem Probanden. Die Brennstoffzelle klebten die Forscher auf dessen Oberarm. Die Leuchtdiode steckt in einem Armband, das am Unterarm getragen wird. Die Bio-Brennstoffzelle besteht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, einem Kunststoffnetz und Enzymen, also biologischen Katalysatoren. Diese Enzyme sind in der Lage, Lactat, das sich im Schweiß befindet, in Strom umzuwandeln. Die Zelle soll sehr einfach und kostengünstig herzustellen sein. Für die Versorgung von Verbrauchern wie Smartphones, die mehr Strom als eine Leuchtdiode benötigen, reicht es allerdings noch nicht. Das wollen die Forscher jetzt ändern.

Neuartiger Elektrolyt auf Wasserbasis

Die ungewöhnliche Batterie, die sich biegen und verdrehen lässt, hat ein Team um Markus Niederberger entwickelt, Professor für Multifunktionsmaterialien an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ). Sie ist, wie alle Batterien, sandwichartig aufgebaut. Die Schweizer Forscher setzten jedoch nur flexibles Material ein. „So konsequent wie wir hat bisher noch niemand ausschließlich flexible Komponenten eingesetzt, um einen Lithium-Ionen-Akku herzustellen“, sagt Niederberger.

Anode und Kathode bestehen aus flexiblem Kunststoff, der mit Kohlenstoff versetzt ist, sodass er elektrisch leitet. Eine Seite dieser Elektroden beschichteten die Forscher mit dünnen Silberflocken, die sich überlagern. Sie verlieren den Kontakt zueinander auch dann nicht, wenn die Elektroden verbogen werden. Auf das Silber an der Kathode trugen sie eine dünne Schicht Lithiummanganoxid auf, auf das der Anode einen ebenso dünnen Film aus Vanadiumoxid. Anode und Kathode trennt ein neuartiger Elektrolyt, den Biederbergers Doktorand Xi Chen. Es handelt sich um ein ungiftiges Gel auf Wasserbasis, in die Chen ein Lithiumsalz einbrachte.

via ETH Zürich

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