Strompapier: Superkondensator aus Zellulosefasern

Norrköping (Schweden) - Lithiumionen-Akkus sind die derzeit leistungsfähigsten Stromspeicher. In Zukunft könnten sie mit Superkondensatoren ergänzt werden, die sich binnen weniger Sekunden aufladen können. Ein wichtiger Schritt zur Praxisreife von Superkondensatoren gelang nun einer schwedischen Arbeitsgruppe. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Advanced Science“ berichten, fertigten sie ein Strompapier aus Zellulosefasern mit bisher einzigartigen elektrischen Eigenschaften. Sie halten es für möglich, dank ihres einfachen Herstellungsverfahrens – vergleichbar mit der ausgereiften Papierproduktion – bald dickere Superkondensatoren mit höherer Speicherkapazität als bisher entwickeln zu können.

Zwar könnten schon heute verschiedene Superkondensatoren aus hauchdünnen Schichten gefertigt werden. „Doch wir können mit dickeren Schichten nun ein dreidimensionales Speichermaterial herstellen“, sagt Xavier Crispin vom Labor für Organische Elektronik an der Linköping Universität in Norrköping. Zusammen mit seinen Kollegen nutzte er feine, 20 Nanometer dicke Zellulosefasern, die er ähnlich wie bei der Papierproduktion zu einem Netzwerk verknüpfte. Zuvor wurden die Zellulosefasern in einem nasschemischen Verfahren mit elektrisch leitfähigen Polymeren – PEDOT und Dimethylsulfoxid – beschichtet. So entstanden 60 bis 8.500 Mikrometer dicke Stromblätter und -pappen, die sich problemlos biegen und falten ließen.

Dieses Strompapier zeigte sowohl für Elektronen als auch für Ionen eine ausgesprochen gute Leitfähigkeit, die in dieser Kombination bislang einzigartig ist. Binnen weniger Sekunden ließ sich ein kreisrundes Stück Papier – Durchmesser 15 Zentimeter – elektrisch aufladen und lieferte in einem Versuch genug Strom, um eine kleine Glühlampe zum Leuchten zu bringen. Und die bereits hohe Speicherkapazität könnte in Zukunft mit dickeren oder gestapelten Strom-Papier-Blättern weiter erhöht werden.

In einem kommenden Entwicklungsschritt soll nun eine Papiermaschine für die günstige Produktion größerer Mengen des Strompapiers entwickelt werden. Damit könnte sich diese Art von Superkondensatoren als eine sinnvolle Ergänzung zur derzeit dominierenden Lithiumionen-Technologie etablieren. Zwar erreichen Superkondensatoren längst nicht die hohe Speicherkapazität von Akkus, dafür lassen sie sich viel schneller auf- und entladen. Dank dieser Eigenschaft könnten sie in Phasen hoher Beanspruchung Lithiumionen-Akkus deutlich entlasten und so deren beschränkte Lebensdauer signifikant erhöhen.

„Der Einsatz von Superkondensatoren ist rein technisch längst überfällig“, sagt auch Clemens Triebel, Experte für Stromspeicher und Gründer des Berliner Speicherunternehmens Younicos. Denn sie könnten Akkusysteme vor Ladespitzen schützen, die bisher die Langlebigkeit drastisch reduzieren. Das Strompapier wäre ein Kandidat für diese von Triebel gewünschten Hybridsysteme. Doch auch andere Ansätze wie etwa Superkondensatoren auf der Basis hauchdünner Kohlenstoffschichten aus Graphen zeigten in den Laboren bereits vielversprechende Werte.