Umweltfreundliche Mikro-Superkondensatoren aus Laub
Femtosekunden-Mikro-Superkondensatoren auf einem einzigen Blatt könnten leicht für tragbare Elektronik, intelligente Häuser und IoTs eingesetzt werden
Ein KAIST-Forschungsteam hat einen Graphen-anorganischen Hybrid-Mikro-Superkondensator aus Blättern mit Hilfe der Femtosekunden-Lithographie entwickelt. Der Fortschritt bei tragbaren elektronischen Geräten ist gleichbedeutend mit Innovationen bei flexiblen Energiespeichern. Von den verschiedenen Energiespeichern haben Mikro-Superkondensatoren aufgrund ihrer hohen elektrischen Leistungsdichte, langen Lebensdauer und kurzen Ladezeiten großes Interesse auf sich gezogen.
Die schematische Darstellung der Herstellung von Femtosekundenlaser-induziertem Graphen.
KAIST
Mit dem zunehmenden Verbrauch und der Nutzung elektronischer Geräte sowie dem kurzen Austauschzeitraum, der sich aus den Fortschritten bei den mobilen Geräten ergibt, ist jedoch ein Anstieg der Erzeugung von Altbatterien zu verzeichnen. Die mit der Sammlung, dem Recycling und der Verarbeitung solcher Altbatterien verbundenen Sicherheits- und Umweltfragen stellen eine Reihe von Herausforderungen dar.
Wälder bedecken etwa 30 Prozent der Erdoberfläche und produzieren eine riesige Menge an gefallenen Blättern. Diese natürlich vorkommende Biomasse fällt in großen Mengen an und ist sowohl biologisch abbaubar als auch wiederverwendbar, was sie zu einem attraktiven, umweltfreundlichen Material macht. Wenn das Laub jedoch vernachlässigt und nicht effizient genutzt wird, kann es zu Bränden oder Wasserverschmutzung beitragen.
Um beide Probleme auf einmal zu lösen, entwickelte ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Young-Jin Kim vom Fachbereich Maschinenbau und Dr. Hana Yoon vom Korea Institute of Energy Research eine einstufige Technologie, mit der poröse 3D-Graphen-Mikroelektroden mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ohne zusätzliche Behandlung unter atmosphärischen Bedingungen hergestellt werden können, indem die Oberfläche der Blätter mit Femtosekunden-Laserpulsen ohne zusätzliche Materialien bestrahlt wird. In Weiterführung dieser Strategie schlug das Team auch eine Methode zur Herstellung flexibler Mikro-Superkondensatoren vor.
Sie zeigten, dass mit dieser Technik poröse Graphen-anorganische Hybridelektroden schnell und einfach zu einem niedrigen Preis hergestellt werden können, und überprüften deren Leistung, indem sie die Graphen-Mikro-Superkondensatoren zur Stromversorgung einer LED und einer elektronischen Uhr verwendeten, die als Thermometer, Hygrometer und Zeitmesser fungieren kann. Diese Ergebnisse eröffnen die Möglichkeit der Massenproduktion von flexiblen und umweltfreundlichen elektronischen Geräten auf Graphenbasis.
Professor Young-Jin Kim sagte: "Blätter erzeugen Waldbiomasse, die in unüberschaubaren Mengen anfällt. Wenn wir sie also für Energiespeicher der nächsten Generation verwenden, können wir Abfallressourcen wiederverwenden und so einen positiven Kreislauf in Gang setzen."
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