Strom aus der Virusbatterie

Eine Forschergruppe des MIT hat eine Mikrobatterie entwickelt, die nur halb so groß ist, wie eine menschliche Zelle und teilweise aus Viren aufgebaut wird.

Schluss mit 9-Volt-Batterien und Knopfzellen: Nach Meinung der Wissenschaftler aus dem Team um die beiden Professorinnen Paula Hammond und Angela Belcher vom Massachusetts Institute of Technology sind aus organischen Materialien aufgebaute Mikrobatterien die Energiequelle der Zukunft. Sie sollen einmal vor allem elektronische Mikrosysteme wie z.B. Labs-on-Chip oder implantierbare medizinische Sensoren mit Strom versorgen.

Zur Herstellung der Komponenten der Mikrobatterie setzen die Forscher ein Mikro-Kontakt-Stempel-Verfahren ein. Bei diesem Prozess werden molekulare Strukturen über einen Kunststoff-Stempel auf eine Oberfläche aufgedrückt. »Wir sind die ersten, die diese Methode zur Herstellung von Mikrobatterien einsetzen und auch die ersten, die Viren benutzen, um eine solche Batterie zu bauen«, erklären die beiden MIT-Professorinen in ihrem gerade publizierten Fachartikel.

 

Der Herstellungsprozess der Batterie-Elektroden beginnt mit einer transparenten gummiartigen Platte als Ausgangsstoff. Mittels Weich-Lithografie wird in das Material ein Muster aus kleinen Stäbchen eingedrückt, die einen Durchmesser von 4 bzw. 8 Mikrometer haben. Auf diese Stäbchen tragen die Forscher mehrere Schichten von zwei Polymeren auf, die zusammen ein festes Batterie-Elektrolyt bilden und als Batterie-Separator fungieren.

Im nächsten Schritt kommen die Viren zum Einsatz: Sie lagern sich selbstständig und vorzugsweise auf den Spitzen der Stäbchen ab und bilden dadurch letztendlich die Batterie-Anode. Die Forscher haben dabei die Gene der Viren so verändert, dass sie Proteinschichten erzeugen, die Cobaltoxid-Moleküle aus ultradünnen Drähten aufnehmen.

Das Endresultat: ein Stempel mit vielen winzigen Stäbchen, die mit einer Elektrolyt- und Cobaltoxid-Schicht überzogen sind. »Diesen fertigen Stempel drehen wir um und übertragen das Elektrolyt zusammen mit der Anode auf eine Platinstruktur«, erklärt Hammond.

Die so erzeugten Elektroden-Arrays sind nach Aussagen der Forscher elektrochemisch voll funktionsfähig. Der nächste Schritt der Forschergruppe wird sein, den dritten Bestandteil der Batterie – die Kathode – herzustellen. Dabei wird laut Belcher ebenfalls eine Methode zum Einsatz kommen, mit der sich Viren zu Strukturen anordnen lassen.

Wenn die Mikrobatterien einmal die Serienfertigung erreicht haben, sind die Einsatzmöglichkeiten nach Meinung der Entwickler vielfältig. Die Batterien könnten einfach auf unterschiedlichste Oberflächen aufgestempelt werden und so elektronische Mikrosysteme und implantierbare Elektronik mit Energie versorgen. Das Team untersucht dabei momentan auch die Einsatzmöglichkeiten auf nicht-planen Oberflächen. Darüber hinaus möchte das Team auch die Integrierbarkeit der Batterien in lebende Organismen erforschen, so Belcher.