Smarte Geräte wie Uhren oder Brillen sollen eine lange Akkulaufzeit haben, aber gleichzeitig leicht sein. Das schränkt den Formfaktor ein und wer viele Funktionen und lange Laufzeit möchte, muss meist zu größeren Modellen greifen.
Kohlenstoffnanoröhrenfasern (CNT-Fasern) sollen jetzt dabei helfen, Energie besser zu speichern. Forscher*innen des Korea Institut of Technology (KIST) haben das neue Material entwickelt. Es ist stark, leicht, flexibel und ein guter Stromleiter. Dadurch sind sie für Wearables besonders gut geeignet.
CNT-Fasern ohne zusätzliches Material
In einem Statement heißt es, die Fasern hätten das Potenzial, das Grundmaterial tragbarer Geräte zu werden. Das Gehäuse oder Armband des Wearables könnte also zu einer Art Zusatzakku werden.
Die CNT-Forschung hat aktuell großen Schwung bekommen, da sie vielversprechend ist. Allerdings wurde es bisher nur in Verbindung mit anderen Materialien benutzt. Grund dafür ist, dass die Fasern elektrochemische Reaktionen bremsen. Die sind aber für das Speichern von Energie notwendig.
Die neuen faserförmigen Elektroden sollen aber ohne ein zusätzliches aktives Material eine hohe Speicherkapazität aufweisen. Dafür wurden die Kohlenstoffnanoröhrchen zunächst in Form eines Pulvers gebracht und mit Säure behandelt. Anschließend wurden sie zu Fasern versponnen.
33 Prozent mehr Energiespeicherung
Dadurch steigt ihre Energiespeicherkapazität gegenüber anderen CNT-Fasern um 33 Prozent. Zudem sind sie 1,3-mal leitfähiger und 3,3-mal fester als vergleichbare Materialien. Mit einem sogenannten "Nassspinnverfahren" lässt es sich in großen Mengen einfach produzieren. Dabei liegt das CNT flüssig vor. Durch das gezielte Entziehen des Lösungsmittels, wobei eine Spinnlösung durch feine Öffnungen strömt, entstehen die Fasern.
In einem Test behielten die Fasern fast 100 Prozent ihrer Leistung, wenn man sie verknotete. Nach 5.000 Biegungen hatten sie noch 95 Prozent ihrer Leistung. Ihre Leistung blieb auch dann noch gut, wenn sie in die Armbänder von Uhren eingewoben wurden. In einem Labortest lief eine Digitaluhr nur mit den die CNT-Fasern als Speicher 15 Minuten.
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Billigere Herstellung
Da sie kein zusätzliches Material brauchen, um leitfähiger zu werden, hätten ihre CNT-Fasern einen Wettbewerbsvorteil. Sie sind günstiger in der Herstellung. Zudem besteht immer die Gefahr, dass sich das zusätzliche Material abnutzt und von den CNT-Fasern löst, weshalb das neue Material langlebiger wäre.
Die Forscher*innen wollen das Material jetzt weiter verbessern und auf andere Anwendungsbereiche ausweiten. Ihre Studie erschien im Fachmagazin "Advanced Energy Materials".