Weben einer Netz- oder Gewebebatterie zur Verwendung in Meerwasser

Flexible, garnähnliche Batterien können in verschiedene Formen gestrickt oder gewebt werden

28.01.2025

Die meisten Batterien sind starr und nicht mit Wasser kompatibel. Aber die Menschen arbeiten und spielen in Ozeanen und Flussmündungen und könnten von flexiblen und salzwassersicheren Energiequellen profitieren. Jetzt berichten Forscher in der Zeitschrift ACS Applied Materials and Interfaces über einen garnähnlichen Batterieprototyp, der funktioniert, wenn er in Meerwasser getaucht wird. Sie knüpften die wiederaufladbaren Fäden zu einem Fischernetz, das LEDs zum Leuchten brachte, und webten ein Gewebe, das eine Zeitschaltuhr antrieb.

Flexible, garnähnliche Batterien können in verschiedenen Formen gestrickt oder gewebt werden. Diese fadenförmigen Energiequellen sind leicht und oft wasserdicht. Doch anstatt die Batterien ganz vom Wasser fernzuhalten, haben Wissenschaftler vorgeschlagen, salzhaltiges Wasser als kritische Batteriekomponente zu verwenden: das Elektrolyt (eine Flüssigkeit, die Strom durch Ionen leitet). Yan Qiao, Zhisong Lu und Kollegen haben bereits eine wasserfreundliche Batterie entwickelt, die aus Kohlenstofffasern und Baumwollgarn besteht. In dieser früheren Arbeit wurde Körperschweiß als Elektrolyt für Trainingsmonitore verwendet. Wie Schweiß kann auch Meerwasser, das Natrium-, Chlorid- und Sulfat-Ionen enthält, als Elektrolyt dienen. Daher wollten Qiao, Lu und ein neues Team eine marine Version einer wiederaufladbaren, garnähnlichen Batterie entwickeln, die für die Beleuchtung von Fischernetzen, Rettungswesten oder Festmacherleinen für Bojen verwendet werden könnte.

Um Elektroden für die Seewasserbatterien herzustellen, behandelte die Gruppe Kohlenstofffaserbündel mit elektrisch leitenden Beschichtungen: Nickelhexacyanoferrat für die positive Elektrode (Kathode) und Polyamid für die negative Elektrode (Anode). Anschließend verdrillten die Forscher zwei Bündel zu garnartigen Kathoden- und Anodensträngen. Um eine Batterie herzustellen, umwickelten die Forscher den Kathodenstrang mit einer Glasfaserschicht, legten ihn entlang der Anode und umhüllten beide Stränge mit einem durchlässigen Vliesstoff. Das Gewebe schützt die Elektroden, lässt aber auch Meerwasser an die Elektroden heran. Bei Tests mit Salzwasser speicherte die Batterie auch nach 4000-maligem Biegen noch eine elektrische Ladung. Bei der anschließenden Prüfung in Meerwasser behielt sie den größten Teil der anfänglichen Ladeleistung und Speicherkapazität über 200 Lade- und Entladezyklen bei.

Zur Erprobung des Konzepts knüpfte die Gruppe schließlich Batteriestränge zu einem Fischernetz zusammen und webte ein rechteckiges Stück Stoff. Das Netz wurde dann in Meerwasser eingeweicht, um den Elektrolyten aufzunehmen, und aufgeladen. Die Netzbatterie brachte ein 10-LED-Panel zum Leuchten. In ähnlicher Weise versorgte das in eine Natriumsulfatlösung getauchte Gewebe eine Zeitschaltuhr mehr als eine Stunde lang mit Strom. Die Forscher sagen, dass ihre garnähnliche Batterie das Potenzial hat, als Energiequelle in Meeresanwendungen eingesetzt zu werden.

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Originalveröffentlichung

Yihao Jian, Jun Ju, Lingwei Pei, Wenhu Gao, Duan Li, Wei Wang, Yan Qiao, Zhisong Lu; "Constructing High-Performance Yarn-Shaped Electrodes via Twisting-after-Coating Technique for Weavable Seawater Battery"; ACS Applied Materials & Interfaces, Volume 16, 2024-12-11

https://www.chemie.de/news/1185414/weben-einer-netz-oder-gewebebatterie-zur-verwendung-in-meerwasser.html