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T-Shirt statt Akku

18.01.2011
Faserbasierter elektrochemischer Mikro-Superkondensator

Schließen wir unser Handy vielleicht bald an unser T-Shirt an statt einen Akku einzulegen? Die Vorstellung ist gar nicht so abwegig, erste Schritte in diese Richtung sind gemacht. Ein Team um Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology (Atlanta, USA) und Jong Min Kim von Samsung Electronics in Südkorea stellt nun den Prototyp für einen flexiblen, in Textilien verarbeitbaren Stromspeicher vor. Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, besteht dieser Superkondensator aus einer ganz speziellen Anordnung von Zinkoxid-Nanodrähten, die sie auf konventionelle Fasern aufwachsen lassen.

Obwohl immer kleinere, leichtere Bauteile entwickelt werden, sind die meisten Komponenten zur Energiegewinnung und -speicherung noch viel zu massig und schwer für zukünftige, weiter miniaturisierte elektronische Geräte. So genannte Superkondensatoren sind zwar als Stromspeicher eine interessante Alternative zu Batterien und Akkus, da sie praktisch unendlich oft und dazu extrem schnell aufgeladen werden können, dennoch sind herkömmliche Typen weder flexibel noch leicht genug.

Das Forscherteam hat nun den Prototyp eines hocheffizienten faserbasierten elektrochemischen Mikro-Superkondensators entwickelt, der mit Zinkoxid-Nanodrähten als Elektroden arbeitet. Träger der einen Elektrode ist ein flexibler, feiner Kunststoffdraht, Träger der zweiten eine Faser aus Kevlar. Kevlar ist das Material, aus dem beispielsweise kugelsichere Westen hergestellt werden. Auf beide Träger ließen die Forscher Zinkoxid-Nanodrähte aufwachsen. Zusätzliche Beschichtungen, etwa mit Gold und Manganoxid, können die Ladungsaufnahme weiter verbessern. Mithilfe von Pinzetten umwickelten sie die Kunststoffdrähte dann mit je einer Kevlarfaser. Die Anordnung muss dann in einen festen Gel-Elektrolyten eingebettet werden, der die beiden Elektroden separiert und für den notwendigen Ladungstransport sorgt. Ein Bündel aus solchen Fasern könnte zu einem Garn verarbeitet werden.

Zinkoxid hat gegenüber herkömmlichen Materialien für Superkondensatoren besondere Vorteile: es kann schon bei niedriger Temperatur (unterhalb 100 °C) auf jedes beliebige Trägermaterial in jeder Form aufwachsen und ist biokompatibel sowie umweltfreundlich.

Besonders interessant scheint ein Einsatz dieser neuen Stromspeichermedien in Kombination mit flexiblen Nanostromgeneratoren in Faserform, wie Wang und sein Team sie bereits entwickelt haben. Schon der Herzschlag des Trägers, Schritte oder ein leichter Wind reichen aus, um die darin enthaltenen piezoelektrischen Zinkoxid-Nanodrähtchen zu bewegen und aus deren Verformung Strom zu gewinnen.

In Form so genannter "Power Shirts" könnten solche Systeme genügend Strom für elektronische Kleingeräte liefern, wie Handys oder auch kleine Sensoren, die z.B. Feuerwehrleute vor Giftstoffen warnen.

PS in eigener Sache: Das Konzept eines Heftes entstammt der Print-Welt. Heutzutage bleiben Wissenschaftler mit Hilfe von Suchmaschinen auf dem laufenden; sie lesen Artikel, sobald sie online erscheinen und interessieren sich eigentlich kaum mehr für gebundene Hefte. Oder etwa doch? Wiley-VCH stellt jetzt eine weitere Innovation im wissenschaftlichen Publikationswesen vor: Blättern Sie http://www.wiley-vch.de/util/chem-epaper/ in Probeheften der Angewandten Chemie und anderen Zeitschriften auf dem Bildschirm so wie sie es in einem gedruckten Heft tun würden: Erweitern Sie Ihren Horizont und lassen Sie sich von Artikeln inspirieren, die die Suchmaschine nicht findet. An Ihrem Computer oder Ihrem mobilen Endgerät unter http://www.wiley-vch.de/util/chem-epaper/.

Angewandte Chemie: Presseinfo 47/2010

Autor: Zhong Lin Wang, Georgia Institute of Technology, Atlanta (USA), http://www.nanoscience.gatech.edu/zlwang/wang.html

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201006062

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de
http://www.nanoscience.gatech.edu/zlwang/wang.html

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