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Eine Papierbatterie wird durch ein paar Tropfen Wasser aktiviert.

06.08.2022

Ein Team von Schweizer Wissenschaftlern hat eine umweltfreundliche und vollständig biologisch abbaubare Low-Power-Batterie für tragbare Elektronik und Sensoren entwickelt. Die Batterie beginnt zu arbeiten, nachdem ein paar Tropfen Wasser auf ihre Oberfläche aufgetragen wurden.

Ein Prototyp eines Paares solcher Elemente versorgte eine elektronische Uhr mehr als eine Stunde lang mit Strom. Es wird erwartet, dass solche Elemente die Umweltschäden minimieren, die durch den wachsenden Strom intelligenter Elektronik verursacht werden.

Der Prototyp der Batterie ist ein einfacher Papierstreifen, der auf seiner Oberfläche mit Kochsalz beschichtet ist. Auf einer Seite des Papiers wird eine Schicht Graphitflocken aufgebracht - dies geschieht mit einer speziell hergestellten Farbe. Somit erhält die Batterie eine Kathode. Auf der Rückseite des Papiers wird eine Anode in Form einer Schicht aus einer Mischung aus Graphit und Zink aufgebracht. Um die Redoxreaktionen in der Batterie zu starten, die zur Erzeugung von elektrischem Strom führen, reicht es aus, ein paar Tropfen gewöhnliches Wasser darauf zu geben.

Wasser löst Salz und erzeugt Ionenleitfähigkeit in der Papierschicht der Batterie. Tatsächlich ist dies gleichbedeutend mit dem Einfüllen von Elektrolyt in eine Batterie. Die Zinkoxidationsreaktion beginnt in der Anode, die Elektronen freisetzt. Wird eine Last an die Kontakte der Batterie angeschlossen, laufen die Elektronen entlang der Drähte zur Kathode, wo eine Reduktionsreaktion mit der Aufnahme von Sauerstoff aus der Luft beginnt. Dadurch wird ein Zyklus von Redoxreaktionen gestartet, der Strom erzeugt, solange Zink in der Anode verbleibt, um die Reaktionen zu unterstützen, oder bis das Wasser austrocknet.

Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) führten einen Proof-of-Concept durch, indem sie zwei Elemente auf die vorgeschlagene Weise herstellten und sie zur Erhöhung der Spannung in Reihe schalteten. Aus zwei Tropfen Wasser speiste das Element den elektronischen Wecker etwa eine Stunde lang. Ein einzelnes Element wurde 20 Sekunden nach dem Auftragen von Wasser aktiviert und zeigte eine Stunde lang ohne Last eine stabile Spannung von 1,2 V.

Als die Batterie austrocknete, fügten die Wissenschaftler ein paar weitere Tropfen hinzu und verlängerten die Batterielebensdauer um eine weitere Stunde oder mehr, obwohl die Leerlaufspannung nach der Reaktivierung nur noch 0,5 V betrug.

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