Tragbare Elektronik in der Kleidung ist angesagt. Da leuchten dank winziger LEDs hippe Symbole auf dem T-Shirt, ein Lichtband säumt das Kleid, oder elektronische Sensoren melden der Smartphone-App den Flüssigkeitsverlust beim Laufen. Für diesen Trend gibt es auch schon flexible Lithium-Ionen-Akkus, die in die Kleidung integriert werden. Sie lassen sich ohne Probleme biegen und zusammenfalten.
Allerdings können sie brechen, wenn sie stark verdreht werden, was bei Kleidung im Eifer des Gefechts durchaus einmal vorkommen kann. Auch ein versehentlicher Schnitt ist bei Textilien durchaus denkbar. Dann können ernsthafte Sicherheitsprobleme entstehen: brennbare, giftige oder ätzende Gase sowie Flüssigkeiten austreten. Das will wohl niemand am eigenen Körper erleben – weder beim Joggen noch beim leuchtenden Auftritt in der Disco.
Alle Akku-Komponenten sind aus selbstheilenden Materialien
Da kommt eine Erfindung aus China und Südkorea gerade recht: Forscher um Yonggang Wang von der Fudan Universität in Shanghai haben gemeinsam mit Wissenschaftlern der Forschungszentren von Samsung in China und Südkorea einen biegsamen Akku entwickelt, der sich nach einer Beschädigung beispielsweise durch einen Schnitt ganz von alleine heilen kann.
Selbst bei einer kompletten Durchtrennung des Akkus wächst diese Wunderbatterie innerhalb weniger Minuten wieder vollständig zusammen. Dies gelingt, weil alle Komponenten der Batterie aus selbstheilenden Materialien bestehen. Die Moleküle dieser Substanzen bilden innerhalb von wenigen Sekunden nach einer Durchtrennung neue chemische Bindungen aus, und die Lücke im Akku wird schließt sich wieder.
Schichten aus parallel angeordneten Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Die Elektroden des Akkus bestehen aus Schichten parallel angeordneter Kohlenstoff-Nanoröhren, die auf einem selbstheilenden Polymer fixiert sind. Dazwischen liegen zwei verschiedene Lithiumverbindungen in Form von Nanopartikeln. Für die eine Elektrode haben die Forscher Lithium-Manganoxid ausgewählt, für die andere Elektrode kam eine Lithium-Titan-Phosphatverbindung zum Einsatz.
Die Wissenschaftler betonen, dass die Beschaffenheit der Elektroden verhindert, dass sie auslaufen und dabei gefährliche chemische Prozesse in Gang setzen. Zwischen diesen Elektroden befinden sich zwei unterschiedliche Lithium-Verbindungen als Trennschicht, ebenfalls in Form von Nanopartikeln. Dieses neuartige, lösemittelfreie Elektrolyt besteht aus einem Cellulose-basierten Gel, in das eine wässrige Lithium-Sulfat-Lösung eingebettet ist.
Bruchstellen für einige Sekunden zusammendrücken
Nach einem Bruch oder Schnitt reicht es aus, die beiden Bruchstellen für einige Sekunden zusammenzudrücken. Nicht nur das selbstheilende Polymer, auch die Kohlenstoff-Nanoröhrchen kleben dann dank ihrer parallelen Ausrichtung wieder perfekt aneinander. Bei Schichten aus ungeordneten Kohlenstoff-Nanoröhrchen würde diese Haftung nicht gut funktionieren.
Das Gel-Elektrolyt ist an der Luft stabil und kann sich nicht zersetzen wie das bei herkömmlichen Elektrolyten der Fall ist. Zudem ist es frei von organischen Lösemitteln, es ist nicht brennbar und auch nicht giftig.
„Für tragbare und in Kleidung integrierte Elektronik gut geeignet“
Zudem ist der neue biegsame und selbstheilende Akku außerordentlich robust. In einer Art Belastungstest zerschnitten die Wissenschaftler wiederholt einen Akku, den sie um den Arm einer Puppe gewickelt hatten.
Weder die Kapazität, noch die Ladefähigkeit hat laut den Forschern bei wiederholten Brüchen und darauf folgenden Selbstheilungen gelitten. Fazit der Wissenschaftler: „Dies demonstriert, dass diese selbstheilenden Akkus für tragbare und in Kleidung integrierte Elektronik gut geeignet sind.“
