Die Blatterie

Forscher der Stanford University haben eine Elektrode aus Kopierpapier und Nanotube-Tinte hergestellt, die leicht herzustellen ist und hauchdünne Akkus oder Kondensatoren ermöglicht.

Irgendwann im kommenden Jahrzehnt wird es soweit sein: Wir werden morgens in der U-Bahn sitzen und die Tageszeitung auf zusammenfaltbarem, hauchdünnem elektronischen Papier lesen. Einen Teil des dazu passenden Akkus haben Forscher der Stanford University produziert: eine Elektrode aus Papier, das mit einer Tinte aus Kohlenstoff-Nanoröhren getränkt ist.

Druckbare Schaltkreise oder Displays sind schon seit längerem möglich. Akkus jedoch hatten sich bislang dem Trend zum Leichtgewicht verweigert. Mit Kohlenstoff-Nanoröhren – auch Nanotubes genannt – steht inzwischen ein vielseitiges Material zur Verfügung, das belastbar, leicht und elektrisch äußerst leitfähig ist und zudem noch relativ große Energiemengen aufnehmen kann. Gerade letztere Eigenschaft würde bei tragbarer Elektronik sehr helfen, weil Geräte dann länger mit einer Ladung auskommen.

Die Stanford-Gruppe um den Materialwissenschaftler Yi Cui fand nun heraus, dass gewöhnliches Kopierpapier eine Tinte aus Nanotubes wie ein Schwamm aufsaugt. Damit verwandelt sich ein Papierschnipsel in eine Elektrode für Akkus oder Superkondensatoren. Der Vorteil von Papier sei, dass es so billig ist und sich auch ohne Zusatzstoffe fest mit Nanoröhren verbindet, sagt Yi Cui. „Das liegt an der porösen Struktur des Papiers.“

Hat man das Papier in die Tinte getaucht und an der Luft getrocknet, wird es zu einem außergewöhnlich guten Leiter. Die Stanford-Forscher testeten die Papierelektroden in verschiedenen Anwendungen. Ergebnis: Sie können mehr Energie speichern und ermöglichen höhere Stromstärken als bisherige Nanotube-Elektroden. Joel Schindall, Elektroingenieur am MIT, ist angenehm überrascht, wieviel Energie die Papierkondensatoren aufnehmen. Als Elektrode in Lithium-Ionen-Akkus können sie es von der Leistungsfähigkeit sogar mit herkömmlichen metallischen Elektroden aufnehmen, obwohl die deutlich schwerer sind.

Auch andere Forschungsgruppen haben bereits mit Papier als Elektrodensubstrat experimentiert. Die bisherigen Verfahren seien aber zu kompliziert gewesen, meint Cui. Entweder habe man die Nanotubes auf dem Papier aufwachsen lassen müssen, oder es sei Spezialpapier nötig gewesen. Die Eintauchmethode findet auch Nicholas Kotov, Chemieingenieur an der Universität von Michigan, „schlicht und schön“.

Laut Cui sind die Papier-Nanotube-Elektroden ziemlich robust. Während Papier allein sich in Wasser nach einiger Zeit auflöse, bleibe das behandelte Papier unversehrt. Die Nanoröhren würden sich auch nicht lösen, wenn man auf dem Papier entlang kratze oder es zusammenrolle. „Unser Superkondensator hat in sechs Monaten bereits 40.000 Ladezyklen hinter sich gebracht und funktioniert immer noch“, sagt Cui stolz.

Im nächsten Schritt wollen die Stanford-Forscher die Leistungsfähigkeit der Technologie noch verbessern und verschiedene Druckverfahren ausprobieren. Bislang besteht die Tinte sowohl aus halbleitenden als auch metallischen Nanoröhren. Eine rein metallische Tinte würde wohl eine bessere Leistung bringen, ist aber in der Herstellung teurer. Außerdem experimentieren die Wissenschaftler damit, die Tinte mit Hilfe von Pinseln oder Stiften aufzutragen. Dann ließen sich auch Elektroden mit komplizierten Mustern herstellen. (nbo)