Zwergen-Batterie: Staubkorn-großer Superkondensator bietet 1,6 Volt

In Chemnitz haben Wissenschaftler einen der kleinsten Stromspeicher für den praktischen Einsatz entwickelt. Dieser ist kaum größer als ein Staubkorn und kann trotzdem eine Spannung wie eine AAA-Batterie zur Verfügung stellen. Solche Mikro-Superkondensatoren sind im Grunde nichts gänzlich neues. Die meisten Bauelemente dieser Art sind allerdings aufgrund ihrer Beschaffenheit kaum für praktische Anwendungen geeignet, da sie nicht aus biokompatiblen Materialien bestehen. Gerade medizinische Geräte sind es aber, die eine möglichst kleine und trotzdem leistungsstarke Energieversorgung benötigen.

Die neue Entwicklung aus Chemnitz gehört zu den so genannten Biosuperkondensatoren (BSCs), die problemlos im menschlichen Körper ihre Arbeit verrichten können. Hinzu kommt, dass das System in solch einer Umgebung sogar noch besser funktioniert als außerhalb. Denn es nutzt die Reaktionen, die von Redox-Enzymen in Zellen vorangetrieben werden, um die eigene Leistung um 40 Prozent zu steigern. Biosuperkondensatoren aus Chemnitz Bisherige BSCs waren immer noch relativ groß: 3 Kubikmillimeter kamen hier schon zusammen. Dem Team von der TU Chemnitz ist es aber gelungen, ihren röhrenförmigen Biosuperkondensator rund 3000 Mal kleiner zu konstruieren. Er nimmt gerade einmal ein Volumen von 0.001 Kubikmillimeter (1 Nanoliter) ein. Trotzdem kann der Winzling eine Versorgungsspannung von 1,6 Volt zur Verfügung stellen.

Ausreichend für Sensoren

Der eigentliche Stromfluss ist auf diesen kleinsten Skalen natürlich bedeutend geringer als bei größeren Speichersystemen. Bei voller Kapazität kann der vorgestellte Nano-Biosuperkondensator ein komplexes vollintegriertes Sensorsystem zur Messung des pH-Wertes im Blut betreiben.

Zur Herstellung nutzt man ein so genanntes Origami-Verfahren. Hierbei werden die benötigten Materialien auf einer Waferoberfläche unter hohe mechanische Verspannung gesetzt. Löst man die Materialschicht anschließend von der Oberfläche, richtet sie sich zu kompakten 3D-Bauteilen auf, die als Kondensator dienen können. Bei Tests in einer Blut-Umgebung zeigte der Nano-Biosuperkondensator eine hohe Lebensdauer und hielt bis zu 70 Prozent der anfänglichen Kapazität auch noch nach 16 Stunden bereit.

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