Materialforschung US-Wissenschaftler basteln durchsichtigen Akku

Durchsichtige Telefone, transparente Tablets: Einen großen Schritt hin zu solchen Geräten haben US-Forscher jetzt geschafft. Sie konstruierten einen nahezu transparenten Akku. Flexibel ist der Energiespeicher obendrein. Die Entwickler sind optimistisch, dass er in wenigen Jahren auf den Markt kommt.

Stanford University/ Yi Cui

Hamburg - Erst waren sie groß wie ein Kinderschuh, dann schrumpften sie, wurden flacher, Tasten wichen einem Touchscreen: Mobiltelefone haben sich in den vergangenen Jahren stetig verändert. Eine weitere, auffällige Wandlung ist schon denkbar - Handys könnten durchsichtig werden.

Erste durchsichtige Computermonitore standen bereits auf Messen, Forscher haben schon transparente Transistoren und Solarzellen entwickelt. Ein wichtiger Bestandteil technischer Geräte blieb bisher jedoch undurchsichtig: der Akku.

Yuan Yang und seine Kollegen von der Stanford University im US-Bundesstaat Kalifornien haben das jetzt geändert. Im Fachmagazin "Proceedings of the National Academy of Sciences" präsentieren sie einen nahezu durchsichtigen Lithium-Ionen-Akku, der zudem flexibel ist. Möglich wurde das durch eine spezielle Fertigungstechnik, denn die Ausgangsstoffe sind erst einmal undurchsichtig. Nur dadurch, dass sie in einem sehr feinen Gitter im Nano-Maßstab angeordnet werden, sind sie für das menschliche Auge kaum noch wahrnehmbar.

Die Materialforscher haben Akkus hergestellt, die zu 30, 60 oder 78 Prozent durchsichtig waren. Man könnte die einzelnen Akku-Zellen zudem übereinander stapeln, ohne dass die Transparenz deutlich abnimmt, schreiben die Wissenschaftler.

Die ersten Akkus bauten die Materialforscher auf folgende Weise: Zuerst gaben sie flüssiges Silikon, genau genommen Polydimethylsiloxan, in eine Gussform. Diese enthielt ein Gitternetz mit 35 Mikrometer dünnen, aus der Fläche herausragenden Linien. Nachdem das Silikon ausgehärtet und aus der Form geholt worden war, überzogen die Forscher die entstandene Gitterstruktur mit einem 100 Nanometer dünnen Goldfilm.

Nano-Materialien sorgen für Transparenz

Jetzt erst kam das eigentliche Material für die Elektroden ins Spiel - verschiedene Lithiumoxide in Form von Nanoröhrchen oder feinstem Pulver: Die Wissenschaftler gaben es in einer wässrigen Lösung auf das Silikongitter, wo sich die Substanzen durch Kapillarkräfte in den feinen Kanälen verteilten. Anschließend entfernten die Forscher noch überschüssiges Gold vom feinen Film, der die fertige Elektrode bedeckte.

Besondere Sorgfalt war fürs Platzieren der zwei benötigten Elektroden - positiver und negativer - nötig. Sie wurden, getrennt durch ein durchsichtiges Elektrolytgel so positioniert, dass die Gitternetze möglichst genau übereinander lagen. Denn schon kleinste Abweichungen sorgen dafür, dass die gewünschte Transparenz abnimmt. Unterm Mikroskop ordneten die Materialforscher ihre Elektroden möglichst passgenau an. "In Zukunft könnte dieser Arbeitsschritt bei der tatsächlichen Akku-Produktion maschinell erledigt werden - mit größerer Genauigkeit", schreiben die Wissenschaftler. Abschließend steckten sie den Akku in eine durchsichtige Plastikhülle.

Die Energiedichte bei einem zu 60 Prozent transparenten Akku entspreche theoretisch der eines herkömmlichen Nickel-Kadmium-Akkus - praktisch betrage sie bei den ersten Exemplaren jedoch nur ein Zehntel. Die Forscher meinen jedoch, dass sie den Akku so weit optimieren können, dass er zumindest 50 Prozent der Energiedichte des Nickel-Kadmium-Akkus erreiche.

Yi Cui, dessen Arbeitskreis den Akku entwickelte, könnte sich vorstellen, dass das neue Produkt in zwei bis vier Jahren auf den Markt kommt. Er nimmt an, dass die Akkus nicht wesentlich teurer sein werden als die heutigen Standardmodelle. Ob sich die optimistischen Prognosen bewahrheiten, bleibt allerdings abzuwarten - so manche vielversprechende technologische Entwicklung hat den Schritt vom Labor zur Massenproduktion nicht geschafft.

wbr



© SPIEGEL ONLINE 2011
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.