Smarte Elektronik

Die Batterie zum Anziehen

Von Manfred Lindinger
14.01.2022
, 12:47
Die Akku-Faser lässt sich in auf einfache Weise in Textilien einweben.
Lithium-Ionen-Akkus können die unterschiedlichsten Formen haben. Eine Batterie hat die Gestalt einer 140 Meter langen Faser. Eingewebt in Textilien, könnte sie tragbare Elektronik mit Strom versorgen.
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Puls- und Bewegungsmesser im Laufshirt, Temperatursensor und Navigationssystem in der Trekkingjacke, Handydisplay und Mikrofon im Hemdkragen – der Trend geht klar zur tragbaren Elektronik. Damit diese Geräte, auch Wearables genannt, funktionstüchtig bleiben, müssen sie mit Strom versorgt werden. Die Batterien und Akkus sollten ebenfalls möglichst leicht und elastisch sein, damit sie beim Tragen nicht stören. Doch das Angebot an entsprechenden Stromquellen war bislang noch begrenzt. Nun haben Forscher vom MIT einen leistungsfähigen Lithium-Ionen-Akku in Form einer Faser gefertigt, die in beliebiger Länge hergestellt und in Textilien eingewoben werden kann. Wearables benötigen somit keine eigene Energieversorgung mehr.

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In der Vergangenheit wurden bereits einige Batterien oder Superkondensatoren entwickelt, die sich zu längeren Drähten und Fasern verarbeiten ließen. Die Stromquellen bestanden meist aus einer elastischen Kunststofffaser, die man abwechselnd mit einem Elektrolyten und dünnen Elektroden beschichtet hatte. Weil die aktiven Elemente sich an der Außenseite befinden, waren die Fasern empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und mechanischer Belastung.

Bei der Faser-Batterie der MIT-Forscher befinden sich alle Komponenten des Lithium-Ionen-Akkus – Elektroden, Separator und Elektrolyt – im Inneren und bilden den Kern. Ein dünner Kunststoffmantel versiegelt das Ganze und sorgt für Elastizität, Robustheit und Wasserfestigkeit. Da der Akku aus gelförmigen, nicht brennbaren Materialien besteht, kann die Faser kein Feuer fangen oder explodieren.

Datenverkehr per Akku-Faser

Eine weitere Besonderheit: Der Faser-Akku wird in einem Schritt gefertigt. Als Ausgangsmaterial verwenden Tural Khudiyev und seine Kollegen einen 2,5 Zentimeter dicken hohlen Rohling, der alle Komponenten enthält. Der Zylinder wird erhitzt, durch eine Düse gepresst und dadurch kräftig in die Länge gezogen, wobei die ursprüngliche Anordnung der Teile erhalten bleibt. Dabei schrumpft der Durchmesser auf den Bruchteil eines Millimeters. Obwohl alles herum „enger“ wird, bleiben die Bestandteile im der Batterie unversehrt.

Die Forscher um Khudiyev haben einen Prototypen mit einer Länge von 140 Metern entwickelt. Im Prinzip gebe es aber keine Längenbegrenzung, schreiben die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Materials Today“. Die Speicherkapazität des Akkus reiche aus, um Smartphones und Smartwatches aufzuladen. Wird die Faser gekürzt, bleibt der Akku funktionsfähig.

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„Der Vorteil unseres Ansatzes ist, dass wir mehrere elektronische Bauteile in eine einzige Akku-Faser integrieren können“, sagt Jung Tae Lee, Koautor der Studie. Zu Demonstrationszwecken haben die Forscher Leuchtdioden, einen Transistor und ein Mikrophon in eine längere Faser integriert. Damit konnten sie ein sogenanntes LiFi-Modul zur drahtlosen optischen Kommunikation verwirklichen.

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Der Faser-Akku kann auch per 3D-Druck gefertigt werden. Das ermöglicht es, die wiederaufladbare Stromquelle in das Gehäuse gedruckter Objekte zu integrieren. Demonstriert haben das die MIT-Forscher an einem kleinen Spielzeug-U-Boot, das von einem 20 Meter langen Akku umwickelt ist, der es mit Strom versorgt. Die Forscher haben ihre Faser und das Herstellungsverfahren schon als Patent angemeldet. Jetzt wollen sie die Kapazität ihrer Errungenschaft weiter erhöhen. In wenigen Jahren soll die Faser soweit ausgereift sein, dass sie in die kommerzielle Anwendung gehen kann.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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