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Akkuforschung Wie Bäume zu elastischen Hochleistungs-Akkus werden

Autor Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Wissenschaftlern ist es gelungen, elastische Akkus hoher Kapazität aus Zellstoff herzustellen. Die Forscher der Königlichen Technischen Hochschule Stockholm und der Universität Harvard nutzen aus Holzfasern von Bäumen gewonnene Nanozellulose zur Herstellung eines elastischen, schaumstoffähnlichen Akkumaterials, das unempfindlich ist gegen Stöße und andere mechanische Belastungen.

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(Bild: KTH)

„Aus Bäumen gewonnener Zellstoff lässt sich zu unglaublichen Werkstoffen verarbeiten“, schwärmt Max Hamedi, einer der Forscher des KTH- und Harvard-Teams. „Einer der vielen Vorteile des neuen schaumstoffartigen Materials auf Holzbasis ist, dass es sich auch für dreidimensionale Strukturen eignet. Wir können einen Akku nicht beliebig dünn machen, aber da wir jetzt nicht mehr auf zwei Dimensionen begrenzt sind, ist das nicht mehr so wichtig. Wir können nun alle drei Dimensionen nutzen und auf diese Weise wesentlich mehr Elektronik auf engerem Raum unterbringen. “

Leicht, porös und unzerbrechlich

Mahiar Hamedi: „Mit dem neuen Akkumaterial sind wir flexibel wie nie zuvor, wenn es um die Gestaltung des Akkus geht.“
Mahiar Hamedi: „Mit dem neuen Akkumaterial sind wir flexibel wie nie zuvor, wenn es um die Gestaltung des Akkus geht.“
(Bild: KTH)
Elektroden aus dreidimensionalem, porösem Material herzustellen, fanden die Wissenschaftlern lange problematisch. „Doch dieses Problem haben wir nun gelöst“, freut sich Mahiar Hamedi erklärt. „Mit dem neuen Material sind wir nun flexibel wie nie zuvor, wenn es um die Gestaltung des Akkus geht.“ Zur Herstellung des neuen Akkumaterials werden Holzfasern auf etwa ein Millionstel ihrer ursprünglichen Dicke gebracht. Diese Nanozellulose wird dann gelöst, tiefkühlt und gefriergetrocknet, sodass jegliche Flüssigkeit entzogen wird. Anschließend durchläuft das Material einen Prozess, in dem die Moleküle stabilisiert werden. „So entsteht ein Werkstoff, der sowohl stark, leicht und weich ist“, so Hamedi weiter. „Es ist mit dem Schaumstoff einer Matratze vergleichbar, aber härter, leichter und poröser – und unzerbrechlich!“

Einsatz in Elektroautos oder Wearables

Nach dieser Prozedur erhält das Aerogel seine elektrischen Eigenschaften. Dazu benutzen die Wissenschaftler präzise Techniken auf atomarer Basis, wobei eine elektrisch leitfähige Tinte hinzugegeben wird, die die gesamte Oberfläche bedeckt. „Man kann das mit der menschlichen Lunge vergleichen, die sehr kompakt ist. Aber dennoch haben die Lungenbläschen die Oberfläche eines Fußballfeldes“, erläutert Hamedi.

„Dieser poröse Elektrodenwerkstoff kann nach Belieben gedrückt werden, ohne dass er beschädigt wird. Flexible und dehnbare Elektronik gibt es zwar schon, aber die Robustheit gegenüber starken mechanischen Belastungen sind etwas Neues. Akkus aus diesem Material lißen sich beispielsweise in Elektroautos einsetzen oder auch im Futter von Kleidung.

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