„Der Energiebedarf wird weiter steigen, und wir brauchen neue Technologien, um erneuerbare Energie nachhaltig zu speichern“, sagt Dr. Jesper Edberg, wissenschaftlicher Leiter am Digital Cellulose Center und Forscher bei RISE. „Unser Ziel ist es, nachhaltige, erneuerbare und wiederverwendbare Elektronik zu schaffen, und dies ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie wir in naher Zukunft grüne Speicher für grüne Energie produzieren können.“

Die Zukunft der erneuerbaren Energien hängt von unseren Fortschritten bei Energiespeichertechnologien ab. Eine der größten Herausforderungen bei der Speicherung von Energie im großen Maßstab ist die vollständige Nutzung der erzeugten Energie. Bislang fehlen uns effiziente Methoden zur Speicherung erneuerbarer Energie, aber die Forscher des Digital Cellulose Center machen Fortschritte in Richtung neuer nachhaltiger Lösungen.

In einer neuen Studie haben Forscher des Zentrums seinen gedruckten Superkondensator weiterentwickelt, indem sie die Kunststoffsubstrate durch Papier ersetzt haben, um ihn nachhaltiger zu machen. Das neue On-Demand-Design für die Superkondensatoren kann auch die Kapazität und Spannung erhöhen.

„Die Kapazität des Papier-Superkondensators entspricht ungefähr der von kommerziellen Superkondensatoren, wenn sie gegen das Volumen normalisiert wird“, sagt Dr. Jesper Edberg. „Einer der Vorteile der papierbasierten Bauteile ist ihre Herstellung, was unserer Meinung nach zu einer schnelleren Produktion führen kann. Sie sind außerdem dünn, faltbar und biegsam und können in neue Umgebungen integriert werden, in denen die zylindrisch geformten handelsüblichen Superkondensatoren aus Metall nicht passen.“

Energiespeicherung von erneuerbarer Energie vor Ort

Die Papiere sind mit Aluminium beschichtet und dienen sowohl als Stromabnehmer des Geräts als auch als Barriere für Feuchtigkeit und Sauerstoff.

„In Zukunft müssen Unternehmen und die Gesellschaft Energie vor Ort speichern“, sagt Dr. Robert Brooke, Forscher am RISE Research Institutes of Sweden. „Diese Energiespeicher könnten zum Beispiel in Gebäudewände eingebaut werden, um Energie lokal aus Solarzellen auf dem Dach zu speichern und gleichzeitig als Dämmung für das Gebäude zu fungieren.“

Erneuerbare Energien brauchen erneuerbare Speicher

„Wir müssen alternative Methoden zur Energiespeicherung finden“, fährt Dr. Jesper Edberg fort. „Daher ist die schrittweise Abschaffung von Batterien und Energiespeicherlösungen, die von fossilen Materialien, kritischen Materialien und Mineralien der Seltenen Erden abhängig sind, ein wichtiger Schritt zur Schaffung eines Ökosystems für erneuerbare Energien.“

Der Energiespeicher aus Papier hat ein neues „on-demand“-Design. Nachdem das Gerät siebgedruckt wurde, kann es zugeschnitten und auf bestimmte Weise mit Stromversorgungsanwendungen verbunden werden. Das im Journal of Energy Storage veröffentlichte Manuskript zeigt drei verschiedene Ausrichtungen zur Erhöhung der Kapazität und der Spannung.

„Wenn Sie ein kleines elektronisches Gerät haben, das nur wenig Strom benötigt, können Sie ein einzelnes Blatt des Energiespeichers verwenden“, sagt Dr. Robert Brooke. „Aber wenn Sie etwas versorgen möchten, das mehr Strom benötigt, können Sie eine Reihe von Kondensatoren oder Einzelblättern anschließen, um die Spannung oder die Kapazität zu erhöhen.“

Das neue „On-Demand“-Design für die Superkondensatoren ermöglicht es, zusätzlich zu parallel und in Reihe geschalteten Einheiten einzelne Exemplare zur Kapazitäts- bzw. Spannungserhöhung einzusetzen. Der einzelne Kondensator zeigte eine beeindruckende Kapazität von bis zu 10 F (Farad), während die Erweiterung des Bereichs mit großen parallelen Installationen die Kapazität auf einen Rekordwert von 127,8 F (332,8 mF/cm²) erhöhte. Das On-Demand-Design ermöglicht auch die Reihenschaltung von Papier-Superkondensatoren, um die Betriebsspannung zu erhöhen. Eine Beispieleinheit zeigte ein gutes Ladeverhalten bis 5 V, wenn vier einzelne Papier-Superkondensatoren in Reihe geschaltet wurden.

Über das Digital Cellulose Center

Das Digital Cellulose Center zielt darauf ab, nachhaltige, zirkuläre Elektronik zu entwickeln, indem Waldmaterialien und IoT kombiniert werden. Die Forschung im Digital Cellulose Center konzentriert sich auf das Thema Digital Cellulose, bei dem Cellulose mit elektroaktivem Material kombiniert wird, um elektrisch aktive Celluloseprodukte zu entwickeln, die mit der digitalen Welt kommunizieren können und gleichzeitig nachhaltig bleiben. Das Zentrum wird von RISE Research Institutes of Sweden koordiniert und von der schwedischen Innovationsagentur Vinnova finanziert.

www.digitalcellulosecenter.se