T-Shirt statt Akku
Faserbasierter elektrochemischer Mikro-Superkondensator kann in Textilien verarbeitet werden.
Faserbasierter elektrochemischer Mikro-Superkondensator kann in Textilien verarbeitet werden.
Ein Team um Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology (Atlanta, USA) und Jong Min Kim von Samsung Electronics in Südkorea hat einen Prototyp für einen flexiblen, in Textilien verarbeitbaren Stromspeicher vorgestellt. Der Superkondensator besteht einer speziellen Anordnung von Zinkoxid-Nanodrähten, welche die Forscher auf konventionelle Fasern aufwachsen lassen.
So genannte Superkondensatoren sind als Stromspeicher eine interessante Alternative zu Batterien und Akkus, da sie nahezu beliebig oft und dazu extrem schnell aufgeladen werden können. Doch sind herkömmliche Typen weder flexibel noch leicht genug für miniaturisierte elektronische Geräte.
Das Forscherteam entwickelte nun einen hocheffizienten faserbasierten elektrochemischen Mikro-Superkondensators, 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.
Abb.: Ein elastischer faserförmiger Superkondensator mit vollständig eingekapseltem Elektrolyt besteht aus um eine Kevlar-Faser mit einem Überzug aus goldbeschichteten ZnO-Nanodrähten geschlungenen und mit ZnO-Nanodrähten belegten Kunststoff-Fasern (siehe Rasterelektronenmikroskopaufnahme rechts). (Bild: Wiley-VCH)
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.
Angewandte Chemie / MH
