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StartseiteForschung aktuellBatterie aus Papier08.12.2009

Batterie aus Papier

Nanoforscher verwandeln Büropapier in Stromspeicher

Technologie.- Auf der Suche nach leichteren Laptops stolpern die Entwickler der tragbaren Computer immer wieder über schwergewichtige Probleme: die Akkus. Nun präsentieren US-Forscher ein Verfahren, dass leichtere Batterien verspricht.

Von Frank Grotelüschen

Laptops, Handys, Kameras: sie alle könnten mithilfe der Papierelektroden um bis zu 20 Prozent leichter werden.   (AP)
Laptops, Handys, Kameras: sie alle könnten mithilfe der Papierelektroden um bis zu 20 Prozent leichter werden. (AP)

Verrechnet? Verschrieben? Falsch formuliert? Dann passiert nicht selten folgendes:

Man knüllt das Stück Papier verärgert zusammen und wirft es in den Papierkorb. So etwas dürfte Yi Cui nicht besonders behagen. Denn für den Materialforscher der kalifornischen Stanford-Universität ist Papier ein wertvoller Rohstoff – ein Rohstoff für die Nanotechnologie.

"Ich habe normales Büropapier mit Nanoröhrchen beschichtet. Damit konnte ich elektrisch leitfähiges Papier herstellen. Und damit könnte man eines Tages bessere Batterien herstellen."

Die Nanoröhrchen, von denen Yi Cui spricht, bestehen aus purem Kohlenstoff und sind wirklich winzig: Sie messen nur ein paar Nanometer, also Millionstel Millimeter und sind innen hohl, sehen also aus wie Makkaroni im Miniformat. Hergestellt werden sie, indem man ein kohlenstoffhaltiges Gas bei großer Hitze mit Nanopartikeln aus Metall in Kontakt bringt. Die Metallpartikel agieren quasi als Kondensationskeime, an denen die Kohlenstoffröhrchen dann nach und nach emporwachsen. Das Besondere an den Winzlingen: Sie leiten elektrischen Strom und haben eine enorme innere Oberfläche. Um nun Papier mit den Nanoröhrchen zu beschichten, hat sich Yi Cui ein im Grunde simples Verfahren einfallen lassen.

"Wir haben die Nanoröhrchen in Wasser gelöst. In diese Lösung haben wir dann Druckerpapier getaucht, bis es die Flüssigkeit in sich aufgesogen hat. Da nun Papier mikroskopisch gesehen eine sehr poröse Struktur hat, blieben die Nanoröhrchen beim Trocknen in diesen Poren hängen. Dadurch haben sie sich mit dem Blatt verbunden, und zwar äußerst fest."

Nach dieser Spezialbehandlung war das Papier dann nicht mehr blütenweiß, sondern kohleschwarz, fühlte sich nach wie vor aber an wie ein normales Blatt Papier. Man konnte es biegen, falten oder zerknüllt in den Papierkorb werfen. Mit dem Hightech-Kohlepapier hat Yi Cui bereits einige Prototypen für einen neuartigen Batterietyp gebaut. Dahinter steckt folgende Idee:

"Das Papier ist sehr leicht. Und wenn man damit die schweren Metallkontakte ersetzen kann, die in Batterien den Strom hineinbringen und herausholen, könnte man viel leichtere Batterien bauen."

Das leitende Papier ersetzt also Anode und Kathode und speichert zudem selbst ein wenig Energie. Laptops, Handys, Kameras und die Elektroautos der Zukunft – sie alle könnten mithilfe der Papierelektroden um bis zu 20 Prozent leichter werden, hoffen die Forscher. Allerdings legen einige Studien nahe, dass Nanoröhrchen gesundheitsgefährdend sind, insbesondere wenn man sie einatmet. Die Folge:

"Man wird aufpassen müssen, dass niemand bei der Herstellung unseres Papiers zu eng mit den Röhrchen in Kontakt kommt. Sind die Teilchen dann erst mal auf dem Papier, haften sie derart fest, dass sie nicht mehr in die Luft gelangen können. Also: Solange man unser Nanopapier nicht gerade isst, sollte alles in Ordnung sein."

Ein Problem allerdings liegt bislang noch im Preis. Das Papier sei zwar billig, ebenso die Herstellungsprozedur, sagt der Stanford-Forscher – nicht aber die Nanoröhrchen.

"Die sind noch ziemlich teuer. Doch die Industrie ist schon dabei, Verfahren für ihre Massenproduktion zu entwickeln. Dann dürfte die Herstellung dieser Nanoteilchen deutlich günstiger sein."

Und in drei bis vier Jahren, glaubt Yi Cui, könnten dann in Laptop-Batterien die ersten ultraleichten Elektroden aus Kohlepapier stecken.

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