Smarte Superkondensator-Faser mit Formgedächtnis

23.11.2015 - China

Tragbar im doppelten Wortsinn: „elektronische Textilien“ sind im Kommen. Das Handydisplay im Jackenärmel, die EKG-Sonde in der Sportbekleidung sind keine Zukunftsmusik mehr. Chinesische Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt einen neuen Typ eines faserförmigen Superkondensators für textile Energiespeichersysteme vor, der sich dank Formgedächtnis z.B. an verschiedene Körperformen anpassen lässt: Durch Dehnen und Biegen erzeugte Formen bleiben „eingefroren“, lassen sich auf Wunsch wieder in den Ausgangszustand bringen und erneut umformen.

Sollen elektronische Bauteile in Textilien integriert werden, müssen sie sich dehnen und biegen lassen. Das gilt auch für die vielfach zum Datenerhalt in statischen Speichern (SRAM) eingesetzten Superkondensatoren. SRAM sind Speicher mit kleiner Datenkapazität und schnell abrufbarem Inhalt, etwa für Caches in Prozessoren und lokale Speicher auf Chips in Geräten, deren Dateninhalt ohne dauerhafte Stromversorgung lange erhalten bleiben soll. Schon vor einiger Zeit hatte ein Team um Huisheng Peng von der Fudan University dehnbare, biegsame faserförmige Superkondensatoren für einen Einbau in elektronische Gewebe entwickelt. Jetzt haben Peng und seine Kollegen einen weiteren Fortschritt erzielt: Superkondensator-Fasern mit einem Formgedächtnis.

Die Herstellung erfolgt in Wickeltechnik um eine Polyurethan-Faser mit Formgedächtnis als Kern. Diese wird mit einer dünnen Lage aus parallel ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhrchen wie mit einem Blatt Papier umwickelt. Es folgt eine Beschichtung mit einem Elektrolytgel, dann wird eine weitere Lage aus Kohlenstoffnanoröhrchen aufgewickelt und nochmals mit Elektrolytgel beschichtet. Die beiden Lagen aus Kohlenstoffnanoröhrchen dienen als Elektroden des Superkondensators. Die so erzeugten Fasern lassen sich oberhalb einer bestimmten Umwandlungstemperatur beliebig biegen und auf das Doppelte ihrer ursprüngliche Länge dehnen. Durch Abkühlen lässt sich die neue Form „einfrieren“. Durch erneutes Erwärmen kehren die Fasern in ihre ursprüngliche Form und Größe zurück und lasse sich erneut verformen. Die elektrochemische Leistungsfähigkeit bleibt bei allen Umformungen voll erhalten.

Durch Einarbeiten der Fasern in Gewebe entstehen „smarte“ Textilien, die sich etwa an die individuellen Körperformen verschiedener Menschen anpassen lassen. Auf dieser Basis könnten beispielsweise genau angepasste aber dennoch wiederverwendbare elektronische Überwachungssysteme für die Körperfunktionen von Patienten im Krankenhaus entwickelt werden. Dank perfekter Passform sollten diese gleichzeitig bequemer sein und zuverlässiger arbeiten.