Tse Nga Ng, Nandu Koripally und Team entwickeln recycelbaren Zink-Ionen-Superkondensator in Flügeln eines Modellgleiters; 12 Fuß Reichweite

Tse Nga Ng, Nandu Koripally und Team entwickeln recycelbaren Zink-Ionen-Superkondensator in Flügeln eines Modellgleiters; 12 Fuß Reichweite

Ein Energiespeicher, der für das Recycling konzipiert ist

Ein Energiespeicher, der für das Recycling konzipiert ist

Schritt in Richtung nachhaltigere Elektronik: Kompakter, wiederaufladbarer Superkondensator lässt sich zerlegen und wiederverwenden

Smartwatches, Smartphones und sogar manche Drohnen sind auf leichte, wiederaufladbare Energiespeichersysteme angewiesen. Sobald diese Geräte ausgedient haben, landen viele davon im Elektronikschrott . Nun haben Forscher, die in „ACS Energy Letters“ darüber berichten, einen kompakten Superkondensator entwickelt, der sich schnell in wiederverwendbare Komponenten zerlegen lässt. Sie nutzten die Geräte, um den Propeller eines Segelflugzeugs anzutreiben, zerlegten anschließend einen Superkondensator und verwendeten die Teile nacheinander in zwei neuen Geräten wieder, die genauso gut funktionierten wie das Originalgerät.

Der Propeller dieses Segelflugzeugs wurde von Prototypen von Superkondensatoren an den Tragflächen angetrieben, die zerlegt und zu neuen Energiespeichern wiederverwertet werden können.

Viele wiederaufladbare Geräte nutzen Lithium-Ionen-Technologie und enthalten brennbare Elektrolyte. Zudem lassen sie sich nur schwer recyceln, da sich die Komponenten nicht leicht voneinander trennen lassen. Daher suchten Tse Nga Ng, Nandu Koripally und ihre Kollegen nach einem nachhaltigeren Ansatz für kompakte Energiespeicher. Ihre Arbeit führte zur Entwicklung eines Superkondensators, der Zinkionen in einem wasserbasierten, nicht brennbaren Elektrolyten, lösliche Klebstoffe und wiederverwendbare elektrisch leitfähige Materialien nutzt.

„Wir haben auf früheren Arbeiten unseres Labors aufgebaut und hochenergetische alternative Zink-Ionen-Chemie mit strukturellen Superkondensatoren kombiniert, um eine recycelbare Version zu entwickeln, die eine zweite Lebensdauer der Zellen ermöglicht und bisherige State-of-the-Art-Geräte in ihrer Leistung übertrifft“, sagt Koripally, der Erstautor der Studie.

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Für den Superkondensator stellten die Forscher eine Anode aus Zinkmetall und Kupferfolie sowie eine Kathode aus Aktivkohlefasern her. Dazwischen platzierten sie einen Festelektrolyten aus einem porösen Harz, das auf eine Kunststofffolie aufgetragen und in eine Zink(II)-chlorid-Salzlösung getränkt wurde. Das Harz bildete beim Erhitzen starke Bindungen, zerfiel jedoch in einer schwach sauren Flüssigkeit. Schließlich verschmolzen sie die Schichten durch Erhitzen miteinander und bildeten so ein dünnes Bauteil mit einem Potential von 2 Volt.

Als Proof-of-Concept integrierten die Forscher vier Superkondensatoren in die Flügel eines Modellgleiters. Als man ihn wie ein Papierflugzeug wegwarf, flog er 12 Fuß (3,7 Meter) weit, wenn der Motor des Propellers von den Superkondensatoren angetrieben wurde – im Vergleich zu 8 Fuß (3,4 Meter) ohne externe Stromquelle.

Anschließend legten die Forscher einen der Superkondensatoren in eine schwach saure, wasserbasierte Lösung, um ihn zu zerlegen. Innerhalb von 30 Minuten trennten sich die Schichten. Die zurückgewonnene Kohlefaserkathode wurde noch zweimal wiederverwendet, jeweils mit frischen Festelektrolyten und Zinkanoden. Von der ersten Herstellung bis hin zu zwei Recyclingrunden absolvierten die Kohlefasern erfolgreich mehr als 172.000 Lade- und Entladezyklen und behielten über ihre gesamte Lebensdauer hinweg eine ähnliche elektrische Leistung bei.

Diese Ergebnisse zeigen laut dem Team einen vielversprechenden Ansatz für leichte Energiespeicher, der Elektronikschrott minimiert.

„Nachhaltigkeit und Leistung müssen keine konkurrierenden Ziele sein“, sagt Koripally. „Indem wir den gesamten Materiallebenszyklus berücksichtigen, können wir Designanforderungen in einer Lösung vereinen, um strukturelle Energiespeicher zu entwickeln, die eine hohe Leistung beibehalten und einfach zu reparieren und wiederzuverwenden sind.“

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Nandu Koripally, Lulu Yao, Robert Chambers, et al.; “Recyclable Zinc Ion Structural Supercapacitor Enabled by Porous Vitrimer”; ACS Energy Letters, 2026-8-11

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