"Supercaps" werden zu idealen Stromspeichern
US-Wissenschaftler sehen neue Chancen für tragbare Elektronik und medizinische Sensoren
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Winzige "Supercaps" unter dem Elektronenmikroskop (Foto: msu.edu) |
East Lansing (pte003/06.05.2019/06:05) Hochleistungs-Kondensatoren zur Speicherung elektrischer Energie, sogenannte "Supercaps", haben Forscher der Michigan State University http://msu.edu entwickelt. Sie sind speziell für die Versorgung von Sensoren gedacht, die in der Medizin eingesetzt werden. Die Supercaps bestehen aus zerknäulten Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Sie sind äußerst flexibel. Selbst wenn man sie auf 800 Prozent ihrer Anfangsgröße dehnt, funktionieren sie noch.
Wald aus Nanoröhrchen
Die eingesetzten Nanoröhrchen wachsen auf einem Wafer nebeneinander in die Höhe. Sie bilden einen regelrechten Wald, der mit einer Höhe von zehn bis 30 Mikrometern allerdings eher flach geraten ist. Dieser Wald wird von der Unterlage abgelöst. Daraus formen Changyong Cao, Direktor am Soft Machines and Electronics Laboratory http://caogroup.org , und sein Team Knäuel.
"Das war der Schlüssel zum Erfolg", unterstreicht der Wissenschaftler. Normal wäre gewesen, einen Film aus den Nanoröhrchen herzustellen. Die Knäuel hätten dagegen eine weitaus größere Oberfläche, weil sie dreidimensional seien. Die elektrische Leitfähigkeit leide darunter nicht. Außerdem seien die Nanoröhrchen in dieser Form effektiver.
Supercaps laden blitzschnell
Tragbare Elektronik gibt es heute schon etwa in Form von Fitness-Uhren. Alle brauchen jedoch sperrige Batterien. Würden sie mit Nano-Knäueln ausgestattet, könnten sie weitaus kleiner ausfallen. Es gäbe auch die Möglichkeit, die winzigen Supercaps in Gewebe einzubauen. Sie könnten dann Sensoren mit Strom versorgen, die beispielsweise den Heilungsprozess bei Brandopfern dokumentieren. Oder gar in künstliche Haut integriert werden, die bei schweren Brandverletzungen die Wunden abdeckt. Selbst Implantate ließen sich damit ausstatten.
"Uns ist tatsächlich ein Durchbruch beim Design gelungen", sagt Cao. Er erwartet, dass die Supercaps die Entwicklung von neuen Systemen für die medizinische Überwachung vorantreiben wird. Die Frage, wie die Supercaps aufgeladen werden, haben die Forscher aus Michigan allerdings noch nicht gelöst. Das ist beispielsweise möglich mit winzigen Stromerzeugern, die von einem äußeren elektromagnetischen Feld angeregt werden. Dem kommt eine Eigenart von Kondensatoren zugute. Sie sind sekundenschnell aufgeladen, während Akkus längere Zeit brauchen.
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