Ein Superkondensator von der Größe eines Staubkorns hat die gleiche Spannung wie eine AAA-Batterie

Von Yuriy Stanislavskiy | 24.08.2021, 14:34
Ein Superkondensator von der Größe eines Staubkorns hat die gleiche Spannung wie eine AAA-Batterie

Durch die Kombination von Miniaturelektronik mit der Kunst des Origami haben Wissenschaftler in Deutschland den angeblich kleinsten Mikrosuperkondensator der Welt entwickelt. Dieser revolutionäre Energiespeicher ist nicht nur sicher für die Verwendung im menschlichen Körper, sondern verwendet auch wichtige Blutbestandteile, um seine Effizienz zu steigern.

Die Wissenschaftler, die das neue Gerät entwickelt haben, arbeiteten auf dem Gebiet der Nano-Superkondensatoren (nBSCs), bei denen es sich um herkömmliche Kondensatoren handelt, die auf den Submillimeterbereich reduziert sind. Die Entwicklung solcher Geräte ist schon schwierig genug, aber die Forscher wollten ein Gerät schaffen, das im menschlichen Körper sicher funktioniert und winzige Sensoren und Implantate mit Strom versorgt, was wiederum den Ersatz problematischer Materialien und korrosiver Elektrolyte durch biokompatible erfordert.

Diese Geräte sind als Biosuperkondensatoren bekannt, und die kleinsten bisher entwickelten, serienmäßig hergestellten Geräte sind größer als 3 mm3. Aber in diesem Fall haben die Wissenschaftler einen großen Sprung nach vorn gemacht, was die Winzigkeit von Biosuperkondensatoren angeht. Das Design beginnt mit einem Stapel von Polymerschichten, die durch ein lichtempfindliches Fotolackmaterial, das als Stromkollektor fungiert, eine Trennmembran und Elektroden aus dem elektrisch leitfähigen biokompatiblen Polymer PEDOT:PSS miteinander verbunden sind.

Dieser Stapel wird auf einer dünnen Platte platziert, die einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt wird, wodurch sich die verschiedenen Schichten kontrolliert voneinander trennen und sich zu einem Origami-ähnlichen Nano-Biosuperkondensator mit einem Volumen von 0,001 mm3falten, der weniger Platz als ein Staubkorn einnimmt. So sind diese röhrenförmigen Biosuperkondensatoren 3000 Mal kleiner als die bisher entwickelten, haben aber etwa die gleiche Spannung wie eine AAA-Batterie (wenn auch mit viel weniger Strom).

Diese winzigen Geräte wurden in Kochsalzlösung, Blutplasma und Blut platziert, wo sie ihre Fähigkeit zur Energiespeicherung unter Beweis gestellt haben. Als besonders effektiv erwies sich der Biosuperkondensator speziell in Blut, wo er nach 16 Stunden Betrieb bis zu 70 Prozent seiner Kapazität beibehielt. Ein weiterer Grund, warum sich Blut für einen Biosuperkondensator eignen könnte, ist, dass das Gerät mit inhärenten enzymatischen Redoxreaktionen und lebenden Zellen in Lösung arbeitet, um seine eigenen Ladungsspeicherreaktionen aufzuladen, was seine Kapazität um 40 Prozent erhöht.

Das vollständige Papier kann unter aufabgerufen werden.

Quelle: tu-chemnitz