Künftige intelligente Häuser könnten mit auf Steinen gebauter Elektronik betrieben werden

Mikroenergieanlagen aus Stein könnten leistungsstarke, anpassbare und leicht zugängliche Energie aus natürlichen Baumaterialien liefern

13.07.2022 - USA

Wie wäre es, wenn Sie die intelligenten Thermostate, Lautsprecher und Lampen in Ihrem Haus mit einer Küchenarbeitsplatte betreiben könnten? Steine wie Marmor und Granit sind natürliche, umweltfreundliche Materialien, die viele Menschen, die Häuser bauen oder renovieren, bereits verwenden. In einem Schritt zur Integration von Energiespeichern in diese Materialien haben Forscher nun Mikrosuperkondensatoren auf der Oberfläche von Steinfliesen hergestellt. Die in der Fachzeitschrift ACS Nano vorgestellten Geräte sind langlebig und lassen sich für eine anpassbare 3D-Stromversorgung leicht skalieren.

Es wäre praktisch, wenn die Oberflächen in Räumen intelligente Haushaltsgeräte oder andere kleine elektronische Geräte aufladen könnten, ohne an das Stromnetz angeschlossen zu sein. Obwohl Stein ein weit verbreitetes Material für Fußböden, Arbeitsplatten und dekorative Wandverkleidungen ist, wurde er bisher nicht mit Energiespeichern wie Batterien und Kondensatoren kombiniert. Aber Steine, selbst solche, die poliert sind und glatt erscheinen, haben mikroskopisch kleine Unebenheiten und Vertiefungen, so dass es schwierig ist, elektrische Komponenten auf ihnen anzubringen. Forscher haben vor kurzem herausgefunden, wie man Mikrosuperkondensatoren, die schnelle Lade- und Entladeraten und eine hervorragende Stromspeicherung aufweisen, mit Hilfe von Lasern auf unregelmäßigen Oberflächen anbringen kann. Bongchul Kang und seine Kollegen wollten diesen Ansatz anwenden, um Mikrosuperkondensatoren auf Marmor zu bauen.

Die Forscher strukturierten eine Kupferoxid-Nanopartikellösung auf einer Marmorfliese in zwei kammähnliche Seiten, deren Zacken miteinander verschränkt waren. Sie richteten einen Nahinfrarotlaser auf die Nanopartikel, wodurch reine Kupferelektroden entstanden, die porös, hoch leitfähig und fest mit der Steinoberfläche verbunden waren. Zur Herstellung des Mikrosuperkondensators beschichteten die Forscher eine der Elektroden mit Eisenoxid, um eine Kathode zu bilden, und die andere mit Manganoxid, um eine Anode zu bilden. Die Elektrolytschicht, die die Elektroden verbindet, wurde aus einer Lithiumperchlorat- und Polymerlösung hergestellt. In Tests behielt das Gerät auch nach 4.000 Lade-/Entladezyklen eine hohe Energiespeicherkapazität. Wenn mehrere Mikro-Energiespeicher in einer Drei-mal-Drei-Anordnung aneinandergereiht wurden, konnte genug Energie gespeichert werden, um eine LED zu beleuchten. Darüber hinaus waren die steinernen Energiespeicher außerordentlich widerstandsfähig gegen harte Stöße und konnten schnell recycelt werden. Den Forschern zufolge könnten steinerne Mikro-Energiespeicher eine leistungsstarke, anpassbare und leicht zugängliche Energieversorgung aus natürlichen Baumaterialien ermöglichen.

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