Durchsichtige Energiequelle

In den vergangenen Jahren wurden transparente Transistoren, optische Schaltkreise, Displays, Touchscreens und Solarzellen vorgestellt. Nur durchsichtige Akkus gab es nicht. Nun ist es aber Wissenschaftlern der kalifornischen Stanford University gelungen, Lithium-Ionen-Akkus mit einer Energiedichte von 10 Wh/l bei einer Transparenz von 60 Prozent herzustellen.

Kommerzielle Li-Ionen-Akkus liegen im Bereich von 250 bis 500 Wh/l, der transparente Akku kann theoretisch 100 Wh/l erreichen. Um elektronische Komponenten transparent zu machen, wird häufig das relevante Material so dünn ausgelegt, dass es schmaler als seine optische Absorptionslänge ist. Leider funktioniert das bei Akkus nicht, weil es keine geeigneten Materialien gibt, deren Absorptionslänge über den relevanten Spannungsbereich gering genug ausfällt. Lithium-Cobalt-Oxid und Graphit, die gängigsten Elektrodenmaterialien in Li-Ionen-Akkus, absorbieren selbst bei Dicken unterhalb von 1 µm noch gut. Heutige mobile Elektronik erfordert aber Elektrodenmaterialien mit Dicken zwischen 100 µm und 1 mm.

Deshalb haben die Stanford-Forscher die Dimensionen der Elektrodenstrukturen so verfeinert, dass sie unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges liegen. Dazu haben sie die Elektroden mit einem mikrofluidischen Verfahren auf einem transparenten Trägermaterial als Gitter strukturiert. Zunächst haben sie eine Gussform mit 35 µm feinen Rasterlinien hergestellt, die sie mit Polydimethylsiloxan (PDMS) ausgegossen haben. Nach dem Aushärten überzogen sie die Gitterstruktur mit einem dünnen Goldfilm und gaben das erste Elektrodenmaterial in einer wässrigen Lösung auf das Gitter, das sich aufgrund der Kapillarkräfte in den feinen Kanälen verteilte. Entsprechend verfuhren sie mit der zweiten Elektrode auf einer separaten Gussform. Im Akku sind beide Schichten durch einen transparenten Gelelektrolyten getrennt.

Michael Vogel