{"id":26342,"date":"2022-08-11T10:00:10","date_gmt":"2022-08-11T08:00:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.electrosuisse.ch\/?p=26342"},"modified":"2022-12-08T13:19:29","modified_gmt":"2022-12-08T12:19:29","slug":"eine-papierbatterie-mit-wasserschalter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.electrosuisse.ch\/de\/eine-papierbatterie-mit-wasserschalter\/","title":{"rendered":"Eine Papierbatterie mit Wasserschalter"},"content":{"rendered":"<div class=\"wpb-content-wrapper\"><p>[vc_row][vc_column][vc_column_text]<strong>Ein Empa-Forscherteam hat eine durch Wasser aktivierbare Einweg-Batterie aus Papier entwickelt. Damit liesse sich eine breite Palette von kleinen Einweg-Elektronikger\u00e4ten mit geringem Stromverbrauch betreiben und deren Umweltauswirkungen minimieren.\u00a0<\/strong><\/p>\n<p>Die Batterie besteht aus mindestens einer\u00a0rund 1 cm<sup>2\u00a0<\/sup>grossen elektrochemischen Zelle. Drei verschiedene Tinten sind auf einen rechteckigen Papierstreifen aufgedruckt. Natriumchlorid ist im gesamten Papierstreifen verteilt und eines der beiden k\u00fcrzeren Enden des Streifens wurde in Wachs getaucht. Auf eine Seite des Papiers wird eine Tinte gedruckt, die Graphitflocken enth\u00e4lt und als positiver Pol der Batterie \u2013 als Kathode \u2013 fungiert; auf der R\u00fcckseite wird eine zweite Tinte gedruckt, die Zinkpulver enth\u00e4lt und als negativer Pol der Batterie \u2013 als Anode \u2013 fungiert. Eine dritte Tinte, die Graphitflocken und Russ enth\u00e4lt, wird auf beiden Seiten des Papiers \u00fcber den beiden anderen Tinten aufgedruckt. Diese bildet die Stromkollektoren, die die beiden Pole der Batterie mit zwei Dr\u00e4hten verbinden, die sich am in Wachs getauchten Ende des Papierstreifens befinden.<\/p>\n<p>F\u00fcgt man eine kleine Menge Wasser hinzu, dann l\u00f6st sich das im Papier enthaltene Salz auf, geladene Ionen werden freigesetzt, und der Elektrolyt wird ionisch leitf\u00e4hig. Dieser Schritt aktiviert die Batterie: Die Ionen verteilen sich im Papier, was dazu f\u00fchrt, dass das Zink an der Anode oxidiert wird und Elektronen freisetzt. Durch Schliessen des Stromkreises k\u00f6nnen diese Elektronen dann von der zinkhaltigen Anode \u2013 \u00fcber die graphit- und russhaltige Tinte und die Dr\u00e4hte \u2013 zur Graphitkathode fliessen, wo sie auf den Sauerstoff aus der Umgebungsluft \u00fcbertragen werden und diesen dadurch reduzieren. Durch diese beiden \u00abRedoxreaktionen\u00bb (eine Reduktion und eine Oxidation) wird ein elektrischer Strom erzeugt, der zum Betreiben eines elektrischen Ger\u00e4ts verwendet werden kann.<\/p>\n<p>Um die Funktionsf\u00e4higkeit ihrer Batterie zum Betrieb von Elektronik mit einem geringen Stromverbrauch zu demonstrieren, kombinierte das Forschungsteam zwei identische Zellen \u2013 dadurch erh\u00f6ht sich die Betriebsspannung der Batterie \u2013 und betrieb damit einen Wecker mit Fl\u00fcssigkristallanzeige. Als die Forschenden die Leistung einer einzelligen Batterie analysierten, zeigte sich, dass die Batterie nach der Zugabe von zwei Tropfen Wasser innert 20 s\u00a0aktiviert wurde und eine stabile Spannung von 1,2 V\u00a0erreichte. Zum Vergleich: Die Spannung einer normalen AA-Alkalibatterie betr\u00e4gt 1,5 V.<\/p>\n<p>Nach einer Stunde nahm die Leistung der einzelligen Batterie deutlich ab, da das Papier austrocknete. Gaben die Forschenden jedoch zwei weitere Tropfen Wasser hinzu, dann behielt die Batterie eine stabile Betriebsspannung von 0,5 Volt f\u00fcr mehr als eine weitere Stunde aufrecht.<\/p>\n<p>Das Besondere an der neuen Batterie: Dadurch, dass sowohl Papier als auch Zink und die anderen Komponenten biologisch abbaubar sind, k\u00f6nnten sich so die Umweltauswirkungen von Wegwerf-Elektronik mit geringem Stromverbrauch deutlich minimieren lassen. Im Gegensatz zu vielen Metall-Luft-Batterien, bei denen eine Metallfolie verwendet wird, die nach und nach aufgebraucht wird, wenn die Batterie in Gebrauch ist, wird bei dieser neuen Batterievariante nur gerade die Menge an Zink in die Tinte gegeben, die f\u00fcr die jeweilige Anwendung tats\u00e4chlich ben\u00f6tigt wird. D.h. je mehr Zink die Tinte enth\u00e4lt, desto l\u00e4nger h\u00e4lt die Batterie. Metallfolien seien dagegen viel schwieriger zu \u00abdosieren\u00bb, werden also nicht immer vollst\u00e4ndig aufgebraucht, was zu einer Materialverschwendung f\u00fchrt.<\/p>\n<p>Ein kleiner Schwachpunkt des neuen Batteriekonzepts mit Wasseraktivierung ist die Zeit, die die Batterie feucht \u2013 und dadurch funktionsf\u00e4hig \u2013 bleibt. Allerdings w\u00e4re f\u00fcr Anwendungen in der Umweltsensorik ab einer bestimmten Luftfeuchtigkeit oder in feucht-nassen Umgebungen das Austrocknen ohnehin kein Thema.[\/vc_column_text][\/vc_column][\/vc_row]<\/p>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>[vc_row][vc_column][vc_column_text]Ein Empa-Forscherteam hat eine durch Wasser aktivierbare Einweg-Batterie aus Papier entwickelt. 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