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Forscher der UBC haben die möglicherweise erste Batterie entwickelt, die sowohl flexibel als auch waschbar ist. Sie funktioniert selbst dann noch, wenn sie auf das Doppelte ihrer normalen Länge gedreht oder gestreckt wird oder wenn sie in die Wäsche geworfen wird.
"Tragbare Elektronik ist ein großer Markt, und dehnbare Batterien sind für ihre Entwicklung unerlässlich", sagt Dr. Ngoc Tan Nguyen, Postdoktorand an der Fakultät für angewandte Wissenschaften der UBC. "Bislang sind dehnbare Batterien jedoch nicht waschbar. Dies ist eine wesentliche Ergänzung, wenn sie den Anforderungen des täglichen Gebrauchs standhalten sollen".
Die von Dr. Nguyen und seinen Kollegen entwickelte Batterie bietet eine Reihe von technischen Fortschritten. Bei normalen Batterien bestehen die inneren Schichten aus harten Materialien, die von einer starren Hülle umgeben sind. Das UBC-Team machte die Schlüsselverbindungen - in diesem Fall Zink und Mangandioxid - dehnbar, indem es sie in kleine Stücke zermahlte und sie dann in einen gummiartigen Kunststoff, ein Polymer, einbettete. Die Batterie besteht aus mehreren ultradünnen Schichten dieser Polymere, die in ein Gehäuse aus demselben Polymer eingewickelt sind. Durch diese Konstruktion entsteht eine luft- und wasserdichte Versiegelung, die die Unversehrtheit der Batterie bei wiederholtem Gebrauch gewährleistet.
Das Teammitglied Bahar Iranpour, ein Doktorand, schlug vor, die Batterie in die Waschmaschine zu werfen, um ihre Dichtigkeit zu testen. Bislang hat die Batterie 39 Waschzyklen überstanden, und das Team geht davon aus, dass es die Haltbarkeit im Zuge der weiteren Entwicklung der Technologie noch weiter verbessern kann.
"Wir haben unsere Prototypen einem echten Waschgang unterzogen, sowohl in privaten als auch in gewerblichen Waschmaschinen. Sie waren intakt und funktionstüchtig, und daher wissen wir, dass diese Batterie wirklich widerstandsfähig ist", sagt Iranpour.
Die Wahl der Zink- und Mangandioxid-Chemie bringt noch einen weiteren wichtigen Vorteil mit sich. "Wir haben uns für Zink-Mangan entschieden, weil diese Chemie für Geräte, die direkt auf der Haut getragen werden, sicherer ist als Lithium-Ionen-Batterien, die giftige Verbindungen freisetzen können, wenn sie kaputt gehen", sagt Nguyen.
Eine erschwingliche Option
Es wird weiter daran gearbeitet, die Leistung und Lebensdauer der Batterie zu erhöhen, aber die Innovation hat bereits kommerzielles Interesse geweckt. Die Forscher glauben, dass die neue Batterie, wenn sie für den Verbraucher bereit ist, genauso viel kosten könnte wie ein gewöhnlicher Akku.
"Die verwendeten Materialien sind unglaublich preiswert, wenn sie also in großen Stückzahlen hergestellt werden, werden sie billig sein", sagt Dr. John Madden, Professor für Elektro- und Computertechnik, Direktor des Advanced Materials and Process Engineering Lab der UBC, der die Arbeit beaufsichtigte. Neben Uhren und Pflastern zur Messung von Vitaldaten könnte die Batterie auch in Kleidung integriert werden, die aktiv ihre Farbe oder Temperatur ändern kann.
"Tragbare Geräte brauchen Energie. Indem wir eine Zelle entwickeln, die weich, dehnbar und waschbar ist, machen wir die Stromversorgung für tragbare Geräte komfortabel und bequem."
Originalveröffentlichung
- Tan N. Nguyen, Bahar Iranpour, Evan Cheng, John D. W. Madden; "Washable and Stretchable Zn–MnO2 Rechargeable Cell"; Advanced Energy Materials; 2021