Wissenschaftler der Johns Hopkins University in den USA haben eine innovative Technik entwickelt, die es ihnen ermöglicht, Fasern herzustellen, die elektrische Energie speichern können, die durch Batterien oder Solarenergie betrieben wird. Diese Entdeckung öffnet nicht nur die Tür zur Nutzung von Energie, sondern auch zur Herstellung von Kleidung, die diese nutzt, und ermöglicht so die Integration fortschrittlicher Technologien in Alltagstextilien.
Diese neuen Fasern haben das Potenzial, leistungsstarke tragbare Technologiegeräte anzutreiben und intelligente elektronische Stoffe zu schaffen, die sich wie herkömmliche Textilien waschen, atmen und dehnen lassen. Zu den vielversprechendsten Anwendungen gehört das Potenzial warmer Kleidung, die den Benutzer bei kaltem Wetter warm halten kann.
Herkömmliche Faserbatterien haben eine begrenzte Leistung, da die Elektroden häufig miteinander verflochten sind und ein Großteil der Elektrodenoberfläche passiv bleibt. Eine vom Johns Hopkins-Team entwickelte Technik erhöht jedoch die Effizienz dieser Batterien.
In einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Fortschrittliche Materialtechnologienbeschreiben die Forscher eine neue Methode, die die Produktion dieser Batterien in großem Maßstab ermöglicht. „Anstatt herkömmliche Textilanlagen zu verwenden, haben wir die Anlagen zur Batterieherstellung modifiziert, um die gewünschte Dicke der Fasern zu erreichen“, erklärte Rachel Altmaier, Hauptautorin der Studie, in einem Universitätsbericht.
Die neuen Batterien bestehen aus flachen Elektrodenstreifen und einem Polymerseparator, die einer beheizten Walzenpresse zugeführt und zu einem Stapelaufbau gerollt werden. Diese Methode bietet wie herkömmliche Zellen eine hohe Leistung und Effizienz. Die Struktur wurde per Laser zu einer Faser mit einem Durchmesser von 700 Mikrometern geschnitten.
Dieser Ansatz ist Vorreiter beim Einsatz des Laserschneidens bei gestapelten Batterien und zeigt, dass es möglich ist, die Batteriegröße individuell anzupassen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. „Wir können alle unsere Prozesse weiterhin umsetzen, sonst hat das, was wir entwickeln, keine praktische Relevanz. Dieser Prozess kann in eine bestehende Produktionslinie integriert werden“, fügte Altmaier hinzu.
Neben Batterien arbeitet das Team auch an Fasern, die Sonnenlicht einfangen und in Strom umwandeln. Im zweiten Artikel befassten sich die Forscher mit der Herausforderung, skalierbare Hochleistungsfasern zu entwickeln, die als Solarzellen verwendet werden könnten.
„Wir haben mithilfe standardmäßiger mikroelektronischer Herstellungsverfahren einen Ansatz entwickelt, der die aktuelle Solarzellentechnologie in flexible, langlebige Filamente umwandelt“, sagte Michael Zinn, Hauptautor der zweiten Studie. „Selbst nachdem wir die Faser 8.000 Mal gebogen hatten, sahen wir keine Veränderung in ihrer Leistung“, betonte Jin.
Das ultimative Ziel des Teams ist die Herstellung von Fasern, die nicht nur Sonnenenergie einfangen, sondern diese Energie auch direkt in Textilien speichern. „Mit der wachsenden Nachfrage nach elektronischen Textilien besteht ein Bedarf an kleinen, wiederverwendbaren, langlebigen und dehnbaren Energiequellen“, sagte Studienleiter Konstantinos Gerasopoulos.
Ein Team von Johns Hopkins-Forschern erforscht weiterhin Möglichkeiten zur Schaffung effizienterer, widerstandsfähigerer und innovativerer Energiequellen, die die Textilindustrie revolutionieren und die Technologie in unsere Alltagskleidung integrieren könnten.
