Batterien aus dem Drucker

Auf den ersten Blick sieht es aus wie ein gewöhnlicher Stickerbogen, nur nicht ganz so bunt. Doch die kleinen rechteckigen Objekte, die sich mit dem Finger aus dem Bogen herausdrücken lassen, sind Prototypen von Folienbatterien, gedruckt mit einem Siebdrucker, ultradünn und extrem flexibel. Entwickelt wurden sie an der Universität Jena (D).

Quelle: Jan-Peter Kasper/FSU

Prototyp einer ultradünnen und extrem flexiblen Folien-Batterie. Energiespeicher auf der Basis von Polymeren stehen im Fokus der internationalen Konferenz "Polymers and Energy" an der Uni Jena.

Zwar enthalten die Batterien noch Metalle, aber zukünftig sollen sie vollständig aus Kunststoffen bestehen. „Batterien auf der Basis von Polymeren, sogenannte organische Radikalbatterien, sind risikoarm und nachhaltig, denn sie enthalten keine umweltschädlichen oder selten vorkommenden Metalle und metallische Verbindungen in den Elektroden, wie etwa Lithium oder Kobalt“, erklärt dazu Martin Hager vom Zentrum für Energie und Umweltchemie der Universität Jena (CEEC Jena). „Damit schliessen sie eine wichtige Lücke hin zu einer vollständig regenerativen Energieversorgung“, betont der Chemiker, der die Forschergruppe „Neue polymere Materialien für effiziente Energiespeicher“ leitet. Denn bisher gebe es zwar „grüne“ Technologien für die Gewinnung von Strom, nicht aber „grüne“ Energiespeicher.

Zur Speicherung der elektrischen Energie werden in den Kunststoffbatterien unter anderem stabile Radikale eingesetzt. Das sind Moleküle, die mindestens ein sogenanntes ungepaartes Elektron enthalten. Die Polymere funktionieren dabei wie eine Art Rückgrat, an dem die Radikale als Aktiveinheiten hängen. Hinzu kommen leitfähige Additive, wie Graphit oder Nanofasern, sowie ein Bindemittel. „Die Aktiveinheiten sind entscheidend, weil ihre Struktur die elektrische Spannung bestimmt“, sagt Hager. Zudem müssen beide Elektroden – also Anode und Kathode – aufeinander abgestimmt sein. „Es gibt bereits eine Vielzahl an bekannten Kathoden-Materialien, weshalb wir nun vor allem an Polymeren für die Anode forschen“, erklärt der Chemiker. Dabei setzen die Jenaer Wissenschaftler auf Konzepte, die sich für die industrielle Fertigung eignen: „Eine optimale Elektrodenmischung heisst für uns auch, dass ihre Synthese möglichst einfach und günstig ist“, betont Hager.

Massenherstellung

Laut den Forschern lässt sich ihre Kreation industriell und industriell und in grossen Mengen herstellen. Dies, weil sich die leitfähigen Polymere als Paste oder flüssige „Tinte“ mittels Sieb- oder Tintenstrahldruck innerhalb weniger Minuten einfach ausdrucken lassen. „Mit dem Tintenstrahldruck können wir die Form der Batterie entsprechend ihrer Anwendung massschneidern, während mit dem Siebdruck dickere und damit leistungsfähigere Batterien hergestellt werden können“, sagt Hager.

Die Kapazität der hauchdünnen Kunststoffbatterien ist zwar deutlich geringer als die eines konventionellen metallhaltigen Akkus. „Für viele Anwendungen ist das aber bereits ausreichend, wie etwa für Leuchtdioden oder intelligente Verpackungen, die anzeigen, ob das Mindesthaltbarkeitsdatum schon überschritten oder die Kühlkette unterbrochen wurde“, sagt Hager. Zudem können die Batterien innerhalb weniger Minuten wieder aufgeladen werden – und das bis zu tausend Mal. (mgt/mai)