Forscher entwickeln Batterien aus Papierabfall

Statt wertvoller Metalle und anderer Rohstoffe, nutzen die Forscher Biopolymere aus dem Holzstoff von Pflanzen, dem Lignin. Neben Zellulose ist Lignin das häufigste Polymer auf unserem Planeten. Baumgehölze bestehen beispielsweise zu etwa 20 Prozent aus dem Holzstoff.

Aus dem braunen Abwasser, das in der Papierindustrie anfällt, isolierten die Wissenschaftler Lignin-Derivate, die sie mit sogenannten Polypyrrolen kombinierten. Polypyrrole sind leitfähige Polymere, die in der Sensor- und Solarzelltechnik verwendet werden. In dem sie die isolierende Eigenschaften der Holzstoffes und die Leitfähigkeit der Polypyrrole kombinierten, entstand ein neues Verbundmaterial, das elektrische Ladung speichern konnte.

Lignine besitzen organische Verbindung, die als Chinone bezeichnet werten. Durch diese Verbindungen können Lignine ein Proton abgeben. Das Polypyrrol kann das abgegebene Proton wiederum aufnehmen, bis die Ladung sich entlädt und das Proton wieder zur Chinon-Verbindung zurückkehrt. Auf diese Weise wird die elektrische Ladung gespeichert.

Neben dem positiven Aspekt, dass wertvolle Rohstoffe geschont werden, haben die Batterien weitere Vorteile. Im Gegensatz zu Batterien aus anorganischen Elektroden sind sie nicht giftig und funktionieren auch im Wasser. Allerdings zeigten sich in der Studie auch Nachteile. Auch wenn sie nicht im Gebrauch sind, entladen sich die Batterien über einen längeren Zeitraum von selbst. Die Forscher sind jedoch optimistisch, dass ihre Erfindung optimiert werden kann, da sich die unterschiedliche Lignin-Derivate in ihren Speicher-Eigenschaften unterschieden. Sie wollen daher zukünftig weitere Lignin-Stoffe aus dem Pflanzenreich testen, um die Speicherkapazität der Batterien zu erhöhen.

Mit organischen Biopolymeren, so die Hoffnung der Forscher, ließe sich der Sektor der erneuerbaren Energien mit günstigen Elektroden aus recycelbarem Material beliefern.
Quellen:
G. Milczarek and O. Inganäs (2012): Renewable Cathode Materials from Biopolymer/Conjugated Polymer Interpenetrating Networks. In: Science. Online Publikation, März 2012, DOI: 10.1105/tpc.112.240311