Batteriematerial aus Holz Robust und elastisch wie eine Schaumstoff-Matratze

Das neue Batteriematerial aus Nanozellulose ist elastisch sowie unempfindlich gegenüber Stößen und Schlägen.
Das neue Batteriematerial aus Nanozellulose ist elastisch sowie unempfindlich gegenüber Stößen und Schlägen.

Wie Schaumstoff in einer Matratze lässt sich ein Aerogel-Material auf Holzbasis drücken, ohne dass es seine elektrischen Eigenschaften verliert. Solche Aerogel-Batterien könnten in der Karosserie von Elektroautos verbaut sowie in Kleidung eingenäht werden, beispielsweise als Innenfutter.

Forscher des schwedischen KTH Royal Institute of Technology und der Universität Stanford in den USA haben ein Verfahren zum Herstellen elastischer Hochleistungsbatterien aus Zellstoff vorgestellt. Dazu verwendeten sie Nanozellulose, die sie aus Holzfasern gewonnen hatten, und stellten ein elastisches, schaumstoffartiges Batteriematerial her, das Stößen und Belastungen standhalten kann. Ein Vorteil dieses Aerogel-Materials ist, dass es für dreidimensionale Strukturen verwendet werden kann.

»Bislang wurden dreidimensionale poröse Materialien für den Aufbau von Elektroden als hinderlich betrachtet«, merkt Max Hamedi, einer der Beteiligten, an. »Wir konnten zeigen, dass dies kein Problem darstellt. Tatsächlich erlaubt diese Art von Struktur und Materialarchitektur eine hohe Flexibilität und größeren Spielraum in der Gestaltung der Batterien.« So passe mehr Elektronik auf kleinerem Raum, und in einer 3-D-Struktur lasse sich auch deutlich mehr Energie auf weniger Raum speichern als bei herkömmlichen Batterien. Laut Hamedi könnten diese Aerogel-Batterien in Karosserien von Elektroautos eingesetzt werden sowie in der Kleidung, beispielsweise als Innenfutter.

Herstellungsverfahren

Das Herstellungsverfahren beginnt mit dem Zerlegen der Baumfasern, sodass sie rund eine Million Mal dünner werden als Baumfasern. Dann wird die Nanozellulose aufgelöst, eingefroren und dann gefriergetrocknet, sodass die Feuchtigkeit ohne Durchlaufen eines flüssigen Zustands verdunstet. Abschließend werden die Moleküle stabilisiert, sodass das Material nicht kollabiert.

»Am Ende kommt ein Material heraus, das sowohl stark als auch leicht und weich ist«, so Hamedi. »Es ähnelt dem Schaumstoff in einer Matratze, aber es ist etwas härter, leichter und poröser. Man kann es berühren, ohne dass es zerbricht.« Das fertige Aerogel lässt sich dann mit elektrischen Eigenschaften aufbereiten. »Wir verwenden dazu eine sehr exakte Technik, die Tinte fast auf atomarer Ebene hinzufügt und den Strom in das Aerogel leitet. Man kann die gesamte Oberfläche mit dieser Tinte überziehen.«

Im Hinblick auf die Oberfläche, vergleicht Hamedi das Material mit der menschlichen Lunge, die ausgebreitet ein Fußballplatz bedecken würde. Ebenso würde ein einzelner Kubikdezimeter des Batteriematerials den größten Teil eines Fußballfeldes bedecken, wie er betont.