Ökologische Batterie aus dem 3D-Drucker

Mit dem Internet der Dinge vernetzte Geräte benötigen Energie. Und in den meisten Fällen müssen Batterien für die Stromzufuhr sorgen. Schließlich sind viele IoT-Geräte dank Funktechnik nicht mehr auf eine Vernetzung über Kabel angewiesen. Auch wenn moderne Funktechniken im LPWA-Bereich lange Batterielaufzeiten ermöglichen, ist es jedoch in den seltensten Fällen wirklich möglich, umweltfreundlich immer mehr vernetzte Geräte mit Batterien herzustellen. Die Lösung kann nur eine ökologische Batterie sein, die Effizienz und Nachhaltigkeit verbindet. Das dachten sich Empa-Forscher und haben einen kompostierbaren Mini-Kondensator entwickelt.

Biologisch abbaubar: Zellulose und andere ungiftige Komponenten

Ein 3D-Drucker im Empa Laborgebäude, dem interdisziplinären Forschungsinstitut des Bereichs für Materialwissenschaften und Technologie an der an der ETH-Zürich, fabriziert den Superkondensator. Es entstehen vier Schichten, die zu einer funktionsfähigen Batterie zusammengefügt werden: eine flexible Folie, eine stromleitende Schicht, die Elektrode und ein Elektrolyt, was in der Mitte des Konstrukts platziert wird. Der 3D-Drucker ist handelsüblich, die Mixtur hingegen wurde für den 3D-Drucker eigens entwickelt:
Das Ergebnis: Ein Mini-Kondensator, der laut Empa über Stunden Strom speichern kann. Er soll tausende Lade- und Entladezyklen und voraussichtlich auch jahrelange Lagerung, selbst bei Minusgraden, überstehen. Außerdem sei der Kondensator resistent gegen Druck und Erschütterung.

Eine Batterie ohne Fußabdruck

Zwei Monate soll es dauern, bis die Batterie auf einem Komposthaufen zerfallen ist und nichts außer wenige Kohlenstoffpartikel zurücklässt. Wird der Kondensator also nicht mehr gebraucht, kann er einfach kompostiert werden – oder sogar ohne Probleme einfach in der Natur zurückgelassen werden.

Ist die Batterie für IoT-Szenarien geeignet?

Aktuell könne der Kondensator schon eine kleine Digitaluhr antreiben. Die Empa Entwickler Xavier Aeby und Gustav Nyström schätzen aber, dass ihre Batterie für das Internet der Dinge ganz entscheidend wird: «In Zukunft könnte man solche Kondensatoren etwa mit Hilfe eines elektromagnetischen Feldes kurz aufladen, dann würden sie über Stunden Strom für einen Sensor oder Mikrosender liefern.»
Mögliche Anwendungsfälle ergeben sich für die Logistik, um etwa den Inhalt von Paketen beim Versand zu überprüfen. Oder auch in der Landwirtschaft: Sensoren im Boden könnten durch den kompostierbaren Zellulose-Kondensator mit Strom versorgt werden und am Ende müsste die Batterie nicht einmal mehr eingesammelt werden.

Unser the_thing Fazit

Die aktuelle Diskussion um Elektroautos dreht sich unter anderem sehr stark um die Ökobilanz der verbauten Batterien. Forschungen wie die der Empa zeigen: Innovationen können durchaus mit Nachhaltigkeit einhergehen. Die Speicherdauer von ein paar Stunden engt das Anwendungsgebiet stark ein, aber alleine dieser Proof-of-Concept beweist, dass Batterien nicht immer umweltschädlich sein müssen.