Von Pflanzen inspiriert: Eine Metall-Luft-Papier-Batterie für tragbare Geräte

"Die Batterie hat nicht nur beeindruckende Leistungsergebnisse gezeigt, sondern kommt auch ohne giftige Materialien aus"

08.04.2024

Jetzt hat ein Forscherteam der Tohoku-Universität über eine leistungsstarke Magnesium-Luft-Batterie (Mg-Luft) berichtet, die auf Papier basiert und durch Wasser aktiviert wird (Symbolbild).

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Seit über zwei Jahrtausenden ist Papier ein Grundnahrungsmittel der menschlichen Zivilisation. Heutzutage beschränkt sich die Verwendung von Papier jedoch nicht nur auf das Schreiben. Es spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Einführung einer grüneren Zukunft.

Leichte und dünne Geräte auf Papierbasis tragen dazu bei, die Abhängigkeit von Metall- oder Kunststoffmaterialien zu verringern, und sind gleichzeitig leichter zu entsorgen. Von papierbasierten Diagnosegeräten, die eine kostengünstige und schnelle Erkennung von Infektionskrankheiten ermöglichen, bis hin zu Batterien und Energiegeräten, die eine umweltfreundliche Alternative für die Stromerzeugung darstellen, finden Wissenschaftler geniale Wege, um dieses vielseitige Material zu nutzen.

Jetzt hat ein Forscherteam der Tohoku-Universität über eine Hochleistungsbatterie aus Magnesium-Luft (Mg-Luft) berichtet, die auf Papier basiert und durch Wasser aktiviert wird.

"Wir haben uns bei diesem Gerät vom Atmungsmechanismus der Pflanzen inspirieren lassen", erklärt Hiroshi Yabu, einer der Autoren der Studie. "Die Photosynthese ist dem Lade- und Entladevorgang in Batterien ähnlich. Genauso wie Pflanzen Sonnenenergie nutzen, um aus Wasser im Boden und Kohlendioxid aus der Luft Zucker zu synthetisieren, nutzt unsere Batterie Magnesium als Substrat, um aus Sauerstoff und Wasser Strom zu erzeugen."

Zur Herstellung der Batterie klebten Yabu und seine Kollegen Magnesiumfolie auf Papier und fügten den Kathodenkatalysator und die Gasdiffusionsschicht direkt auf der anderen Seite des Papiers hinzu. Die Papierbatterie erreichte eine Leerlaufspannung von 1,8 Volt, eine Stromdichte von 100 mA/cm² bei 1,0 Volt und eine maximale Leistung von 103 Milliwatt/cm².

"Die Batterie hat nicht nur beeindruckende Leistungsergebnisse gezeigt, sondern kommt auch ohne giftige Materialien aus - stattdessen werden Kohlenstoffkathoden und ein Pigment-Elektrokatalysator verwendet, die strenge Prüfungen bestanden haben", fügt Yabu hinzu.

Die Forscher testeten die Batterie in einem Pulsoximetersensor und einem GPS-Sensor, was ihre Vielseitigkeit für tragbare Geräte verdeutlicht.

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Originalveröffentlichung

Kosuke Ishibashi, Shimpei Ono, Jun Kamei, Koju Ito, Hiroshi Yabu; "Rare-metal-free high-performance water-activated paper battery: a disposable energy source for wearable sensing devices"; RSC Applied Interfaces, 2024

https://www.chemie.de/news/1183140/von-pflanzen-inspiriert-eine-metall-luft-papier-batterie-fuer-tragbare-geraete.html