Russland
Wissenschaftskooperation zwischen Russland, USA und Mexiko: Neue Akkus aus alten Corona-Schutzmasken
Die Corona-Krise ist auch eine Abfall-Entsorgungskrise. Allein bei Schutzmasken fallen Hunderte Tonnen von Abfall in aller Welt an. Bei der Verbrennung setzen sie giftige Stoffe frei. Einem Forscherteam mit russischer Beteiligung ist es nun gelungen, aus alten Masken Akkus herzustellen.
Wissenschaftler von der russischen "Nationalen Technischen Forschungsuniversität "MISIS" (NITU "MISIS") haben zusammen mit Kollegen aus den USA und Mexiko eine neue Technologie zur Herstellung kostengünstiger Batterien aus gebrauchten medizinischen Masken und medizinischen Verpackungen entwickelt, wie die russische Agentur RIA Nowosti meldet. Den Autoren der Veröffentlichung zufolge wird es damit möglich sein, schwer zu recycelnde Abfälle in Rohstoffe umzuwandeln. Die Studie wurde im Journal of Energy Storage veröffentlicht.
Wie die Forscher der MISIS-Universität ausführten, benutzten die Menschen während der Coronavirus-Pandemie jeden Monat mehr als 130 Milliarden Masken, wodurch Hunderte von Tonnen Polymerabfälle anfielen. Bei der Verbrennung werden giftige Gase freigesetzt, so dass die Wiederverwertung dieser Abfälle besonders dringend ist.
Die russischen Experten haben zusammen mit ihren mexikanischen und US-Kollegen eine neue Technologie zur Herstellung kostengünstiger Batterien aus gebrauchten Masken entwickelt, bei der die Schalen aus alten Medikamentenverpackungen bestehen. Auf diese Weise bilden medizinische Abfälle die Grundlage für die Herstellung von Batterien; lediglich Graphen muss noch hinzugekauft werden.
Mit dieser Methode werden dünne, flexible und kostengünstige Batterien hergestellt, die aufgrund ihrer geringen Kosten auch als Einwegbatterien verwendet werden können. Sie sind in vielerlei Hinsicht den schwereren, metallbeschichteten und in der Herstellung teureren konventionellen Gegenstücken überlegen. Die Entwickler meinen, dass die neuen Batterien in Haushaltsgeräten, von Uhren bis zu Lampen, verwendet werden können.
Vorteile der neuartigen Batterien
Anwar Sachidow, wissenschaftlicher Leiter des Projekts "Hochleistungs-Polymer-Tandem-Photovoltaik auf der Grundlage hybrider Perowskite" an der MISIS-Universität, erklärt den Herstellungsprozess der neuartigen Batterien so:
"Um eine Superkondensator-Batterie zu herzustellen, wird folgendes Verfahren angewendet: Die Masken werden zunächst mit Ultraschall desinfiziert und dann in 'Tinte' aus Graphen getaucht, die die Maske imprägniert. Dann wird das Material unter Druck gepresst und auf 140 Grad Celsius erhitzt. Herkömmliche Superkondensatorbatterien erfordern sehr hohe Temperaturen für die Pyrolyse-Karbonisierung, bis zu 1.000-1.300 Grad Celsius, während die neue Technologie den Energieverbrauch um den Faktor 10 reduziert. Zwischen die beiden Elektroden aus dem neuen Material wird dann ein Abstandshalter (ebenfalls aus Maskenmaterial) mit isolierenden Eigenschaften gelegt. Es wird mit einem speziellen Elektrolyt imprägniert, und dann wird eine Schutzhülle aus Medikamentenverpackungsmaterial hergestellt."
Die neue Entwicklung hat eine hohe Dichte an gespeicherter Energie und elektrischer Kapazität im Vergleich zu herkömmlichen Pendants. Bisherige Pelletbatterien, die mit einer ähnlichen Technologie hergestellt wurden, hatten eine Kapazität von zehn Wattstunden pro Kilogramm, während es den Wissenschaftlern der MISIS und ihren ausländischen Kollegen gelang, 98 Wattstunden pro Kilogramm zu erreichen.
Schon Verbesserungen an der Erfindung
Als die Experten beschlossen, den aus Masken hergestellten Elektroden anorganische Perowskit-CaCoO-Nanopartikel hinzuzufügen, verdoppelte sich die Energiekapazität der Batterien weiter (208 Wattstunden/kg). Es wurde eine hohe elektrische Kapazität von 1.706 Farad pro Gramm erreicht. Dies ist deutlich höher als die Kapazität der besten karbonisierten Elektroden ohne Graphenzusatz, die auf etwa 1.000 Farad pro Gramm kommen.
In der Vergangenheit hatten Wissenschaftler bereits versucht, verschiedene poröse natürliche Materialien und Abfallprodukte zur Herstellung von Elektroden für Superkondensatoren zu verwenden. Dabei handelte es sich um Kokosnussschalen, Reisspelzen und neuerdings sogar um Zeitungsabfälle, Autoreifenabfälle und anderes. Ihre Verarbeitung erforderte jedoch stets ein Hochtemperaturglühen (Verkohlen) in speziellen Öfen. Masken erwiesen sich als einfacheres und billigeres Material für die Verarbeitung, da die Imprägnierung mit Graphen ausreicht, um ihnen einzigartige Eigenschaften zu verleihen.
In Zukunft wollen die Forscher die neue Technologie nutzen, um Batterien für Elektroautos, Solarkraftwerke und andere Anwendungen herzustellen.
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