Batterien sind die Energiequellen unzähliger Elektronikgeräte. Ausgediente Batterien stecken voller Wertstoffe, viele enthalten zudem Schadstoffe. Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daher unter Hochdruck an immer neuen Konzepten für effektivere und vor allem nachhaltigere Energiespeicher. Forschern der Binghampton University im US-Bundesstaat New York ist nun ein entscheidender Fortschritt im Kampf gegen die Berge von Altbatterien gelungen: die Biobatterie auf Papierbasis. Leicht, günstig und kompostierbar – so könnte die Batterie der Zukunft aussehen.

Altbatterien im Müll

In den meisten Haushalten fallen schon nach kurzer Zeit haufenweise Altbatterien an. Foto: textdirekt

Alleine im zweiten Quartal 2018 wurden in Deutschland mehr als 13 Milliarden Euro mit technischen Gebrauchsgütern aus den Bereichen Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Informationstechnologie, Bürogeräte, Elektrokleingeräte sowie Elektrogroßgeräte und Fotografie umgesetzt. Für viele dieser Geräte sind Batterien unverzichtbar. Rund 223.400 Tonnen Altbatterien wurden 2016 in Deutschland dem Recycling zugeführt. Dabei wurden nach Angaben des Umweltbundesamts aber weniger als die Hälfte der Gerätebatterien überhaupt an den Sammelstellen abgegeben.

Bereits in der Vergangenheit wurde versucht, biologisch abbaubare Batterien herzustellen. Doch diese waren nicht leistungsfähig genug und am Ende auch nicht vollständig abbaubar. Der Designer Tsung Chih-Hsien entwickelte 2014 ebenfalls eine biologisch abbaubare Batterie und wurde dafür in Singapur mit dem Red Dot Award ausgezeichnet. Tatsächlich umgesetzt wurde seine „Mini Power“ allerdings nicht.

Biologisch abbaubarer Stromspeicher

Seokheun „Sean“ Choi, Professor für Elektrotechnik und Informatik, und Chemieprofessorin Omowunmi Sadik haben nun gemeinsam eine neuartige Batterie entwickelt, die keinerlei aggressive Chemikalien benötigt und sich vollständig zersetzt. Für den biologischen Abbau werden keine speziellen Einrichtungen, Bedingungen oder andere Mikroorganismen benötigt. Bei der Form der Batterie ist einiges möglich, da sie einfach gefaltet werden kann. Das Ganze erinnert ein bisschen an Origami.

 

Ein Mix aus Papier, Polymeren und Bakterien liefert den Strom. Der Aufbau der Biobatterie ist einfach: Im Wesentlichen besteht sie aus einer Art Filterpapier, deren eine Seite mit einer dünnen Wachsschicht und einem Band aus Silbernitrat überzogen ist. Das Wachs dient als Kathode der Batterie, also als Minuspol. Die andere Seite des Papiers ist mit einem leitfähigen Polymer beschichtet. Diese Seite ist die Anode, also der Pluspol.

Mikroben erzeugen den Strom der Batterie

Die Stromproduktion übernehmen exoelektrogene Bakterien. Diese werden der Papierbatterie gefriergetrocknet zugefügt. Wird die Batterie mit Schmutzwasser oder Speichel beträufelt, erwachen die Mikroorganismen innerhalb weniger Minuten zum Leben und setzen anschließend beim Abbau organischer Substanzen Elektronen frei.

Genug Strom für eine LED

Zwar ist die Energieausbeute der innovativen Papierbatterie noch gering, aber schon heute liefert sie genug Strom, um eine LED-Lampe zwanzig Minuten lang zu betreiben. Im Vergleich zu herkömmlichen Batterien ist das wenig, doch für Anwendungen in der Mikroelektronik durchaus ausreichend. Sensoren für die Umweltüberwachung oder für medizinische Anwendungen, etwa Blutzuckermessgeräte, könnten mit den Papierbatterien problemlos ihre Dienste verrichten. Biosensoren sind heute in vielfältigen Anwendungen im Einsatz: In der Proteinanalytik ebenso wie bei der Bestimmung des Bakteriengehalts von Badegewässern.

Entwicklung wird vorangetrieben

Für andere praktische Anwendungen muss die Leistung steigen, was durch ein Stapeln oder Aneinanderreihen der Papierstreifen erreicht werden kann. Bis allerdings größere Geräte, wie etwa Smartphones, mit den neuen Biobatterien mit Energie versorgt werden können, wird es noch eine Zeit lang dauern. Die Forscher arbeiten aber nicht nur an einer Verbesserung der Stromausbeute sondern auch an der Haltbarkeit der Papierbatterie. Bislang sind sie in trockenem Zustand rund vier Monate haltbar.

Das Forschungspapier „Green Biobatteries: Hybrid Paper-Polymer Microbial Fuel Cells“ wurde am 28. Juni 2018 in „Advanced Sensing Technologies an Environmental Sustainability“ veröffentlicht.

Ingo Fleuchaus

Diplom-Physiker Ingo Fleuchaus macht mit seiner PR-Agentur textdirekt seit mehr als zehn Jahren Presse- und Öffentlichkeitsarbeit für Kunden aus der Energiebranche. Die Schwerpunkte bilden Themen aus den Bereichen Energieversorgung, Erneuerbare Energien, Elektromobilität und Forschung.
http://www.textdirekt.de

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