Strom aus Backsteinen

St. Louis (USA) - Gut eine Million Backsteine bilden das Mauerwerk eines Mehrfamilienhauses. Jeder einzelne Ziegel könnte grundsätzlich als kleiner Stromspeicher dienen. Die Grundlage dazu legten nun amerikanische Wissenschaftler, die den schon seit Jahrtausenden genutzten Baustoff näher untersuchten. In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ präsentieren sie erste Superkondensatoren auf der Basis von gebrannten Ziegeln. Drei miteinander verbundene Backsteine lieferten genug Strom, um eine Leuchtdiode zehn Minuten lang strahlen zu lassen.

„Wir haben Ziegeln eine neue Funktion verliehen, von der Architekten und Baufirmen noch nie gehört haben“, sagt Julio M. D’Arcy von der Washington University in St. Louis. Mit seinen Kollegen legte der Chemiker einen handelsüblichen Backstein in eine luftdichte Kammer und heizte diese auf 160 Grad Celsius auf. Salzsäure-Dämpfe reagierten an der Oberfläche mit dem enthaltenen Eisenoxid, dem die Ziegel ihre rote Färbung verdanken. Dabei entstand eine nanostrukturierte Eisenverbindung mit relativ gut beweglichen Eisen-Ionen. So vorbereitet wurde der Ziegel mit dem elektrisch leitfähigen Kunststoff Ethylenedioxythiophen bedampft. Dabei bildete sich in den kleinen Poren des Backsteins eine homogene Polymerschicht, mit der sich der Ziegel in einen stromspeichernden Superkondensator verwandelte.

Solche Superkondensatoren erreichen bei Weitem nicht die Speicherkapazitäten von elektrochemischen Batterien. Doch nehmen sie Strom sehr schnell auf und können viele zehntausende Male ohne Leistungseinbußen aufgeladen werden. Getränkt mit einem Gel auf Schwefelsäure-Basis als Elektrolyt luden die Forscher drei miteinander verdrahtete Strom-Ziegel mit einer Spannung von drei Volt innerhalb von zehn Sekunden auf. Die Stromdichte war mit etwa 25 Milliampere pro Quadratzentimeter zwar sehr gering. Doch reichte sie aus, um eine grüne Leuchtdiode zehn Minuten lang leuchten zu lassen.

Mit diesem Experiment belegten die Forscher, dass sich einfache Backsteine in langlebige Stromspeicher verwandeln lassen. In weiteren Arbeitsschritten wollen die Forscher die Auswahl und Beschichtung mit leitfähigen Polymeren weiter optimieren, um die Speicherkapazität weiter zu erhöhen. Parallel entwickeln sie ein Konzept, bei denen Strom-Ziegel direkt beim Stapeln auch ohne zusätzliche Verdrahtung elektrisch miteinander verknüpft werden. Diese Strom-Ziegel könnten nach Vorstellung der Wissenschaftler einfach in Backstein-Wände integriert werden, um etwa in einem Smart Home Sensoren oder auch kleine Leuchtquellen mit Strom zu versorgen. Angeschlossen an ein Solarpanel ließen sich die Strom-Ziegel immer wieder aufladen.