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Funktionale Fasern: Textilien als Stromspeicher

Wikinger-Tracht
Internationales Jahr der Chemie 2011
Einen Prototyp einer Textilfaser, die Strom speichern kann, haben US-Wissenschaftler und Ingenieure des koreanischen Elektronikkonzern Samsung entwickelt. Das Team um Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology in Atlanta entwickelte einen nur fünf Millimeter großen elektrochemischen Kondensator aus Zinkoxid-Nanodrähten, die sie auf Fasern der Kunststoffe Polymethylmethacrylat (PMMA) und Kevlar aufwachsen ließen. Je zwei dieser Fasern bilden einen Kondensator, der Energie in einem elektrischen Feld speichert und sehr schnell ge- und entladen werden kann.

Anders als normale Kondensatoren sind in den auch als Superkondensatoren bezeichneten elektrochemischen Kondensatoren die Elektroden mit einem Elektrolyten benetzt. Im geladenen Zustand sammeln sich Ionen an der Oberfläche der Elektroden und erzeugen ein starkes elektrisches Feld, in dem die Energie gespeichert ist. Solche Kondensatoren haben sehr hohe Kapazitäten und Lebensdauern, allerdings sind sie bisher auch sehr groß.

Kondensatorfaser | Die beschichtete Kevlarfaser ist um die zweite Elektrode gewunden, während der Elektrolyt verhindert, dass sich beide berühren. Der gesamte Aufbau ist fünf Millimeter lang.
Das neue Konstruktionsprinzip löst dieses Problem. Die Nanodrähte erhöhen die Oberfläche der Faserelektroden und leiten den Strom – die Forscher verwenden Zinkoxid, weil das Material schon bei niedrigen Temperaturen verarbeitet werden kann. Sie erzeugten die Nanodrähte durch ein Hydrothermalverfahren bei unter 100 Grad Celsius, das die nur bedingt hitzestabilen Kunststoffe nicht beschädigte. Um die stabförmige PMMA-Elektrode wickelten sie die beschichtete Kevlarfaser, die zusätzlich einen Überzug aus Gold erhielt, um ihre Speicherkapazität zu erhöhen. Ein Hydrogel als Elektrolyt liefert die Ladungsträger für den Kondensator und stabilisiert die insgesamt etwa fünf Millimeter lange Anordnung.

Die Kapazität des so konstruierten Bauelements entspricht nach Angaben seiner Konstrukteure etwa der von gängigen Superkondensatoren und übersteigt die normaler Kondensatoren um mindestens eine Größenordnung. Die Forscher schlagen vor, viele solche Kondensatoren zu einem Garn zu verspinnen, um diesen Energiespeicher in Textilien wie Kleidungsstücke einzubauen. (lf)

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  • Quellen
Angewandte Chemie, 10.1002/ange.201006062, 2011

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