Nanotechnik: Bio-Brennstoffzellen mit Kohlenstoffnanoröhren
Bio-Brennstoffzellen können Energie aus vielerlei Stoffen gewinnen, die in Körperflüssigkeiten vorkommen, zum Beispiel Glukose. Deswegen gelten sie als aussichtsreiche Kandidaten für die Stromversorgung medizinischer Implantate mit geringem Energiebedarf wie Glukosesensoren für Diabetiker. Allerdings ist ihre Leistungsfähigkeit bisher durch unzulängliche Elektroden begrenzt. Wissenschaftler haben das Problem jetzt umgangen – mit Kohlenstoffnanoröhren und einem besonderen Herstellungsverfahren.
In einer Bio-Brennstoffzelle finden die Reaktionen der Brennstoffe an speziellen Biokatalysatoren statt, die auf Kathode und Anode fixiert sind. Die treibende Kraft der Zelle ist die Reduktion von Sauerstoff zu Wasser durch das Enzym Bilirubin-Oxidase. Die dafür nötigen Elektronen stammen aus der Oxidation des Zuckers Glukose an der Anode. Um genug Strom für eine Anwendung zu erzeugen, müssen sowohl Moleküle möglichst schnell zum Reaktionszentrum hin geführt werden als auch die Elektronen schnell zwischen Biokatalysator und Elektrodenmaterial wechseln können. Beides funktioniert bei den derzeit verwendeten Kohlefaserelektroden noch längst nicht gut genug. Als Ersatz griffen französische Forscher jetzt auf Kohlenstoffnanoröhren zurück.
Hergestellt werden die hochgradig porösen Fasern durch einen Trick: Zuerst verteilten die Wissenschaftler um Nicolas Mano von der Université de Bordeaux Kohlenstoffnanoröhren mit Hilfe eines Tensids in Wasser, bevor sie das Polymer Polyvinylalkohol (PVA) zusetzten. Mit diesem verklumpen die Nanoröhren zu einer Masse, die zu etwa vier Fünfteln aus PVA besteht. Beim Erhitzen auf 600 Grad Celsius zersetzt sich der Kunststoff und lässt ein voluminöses Netzwerk aus Nanoröhren zurück, dessen Poren groß genug sind, um die Reaktanden in das Material eindringen zu lassen.
Dadurch kommt eine wesentlich größere Fläche des Materials mit den Reaktionspartnern in Kontakt, und die Leistungsfähigkeit erhöht sich drastisch. In ihren Versuchen maßen die Forscher eine gegenüber den Kohlefaserelektroden um das Zehnfache erhöhte Leistungsdichte bei deutlich größerer mechanischer und chemischer Stabilität. (lf)
In einer Bio-Brennstoffzelle finden die Reaktionen der Brennstoffe an speziellen Biokatalysatoren statt, die auf Kathode und Anode fixiert sind. Die treibende Kraft der Zelle ist die Reduktion von Sauerstoff zu Wasser durch das Enzym Bilirubin-Oxidase. Die dafür nötigen Elektronen stammen aus der Oxidation des Zuckers Glukose an der Anode. Um genug Strom für eine Anwendung zu erzeugen, müssen sowohl Moleküle möglichst schnell zum Reaktionszentrum hin geführt werden als auch die Elektronen schnell zwischen Biokatalysator und Elektrodenmaterial wechseln können. Beides funktioniert bei den derzeit verwendeten Kohlefaserelektroden noch längst nicht gut genug. Als Ersatz griffen französische Forscher jetzt auf Kohlenstoffnanoröhren zurück.
Hergestellt werden die hochgradig porösen Fasern durch einen Trick: Zuerst verteilten die Wissenschaftler um Nicolas Mano von der Université de Bordeaux Kohlenstoffnanoröhren mit Hilfe eines Tensids in Wasser, bevor sie das Polymer Polyvinylalkohol (PVA) zusetzten. Mit diesem verklumpen die Nanoröhren zu einer Masse, die zu etwa vier Fünfteln aus PVA besteht. Beim Erhitzen auf 600 Grad Celsius zersetzt sich der Kunststoff und lässt ein voluminöses Netzwerk aus Nanoröhren zurück, dessen Poren groß genug sind, um die Reaktanden in das Material eindringen zu lassen.
Dadurch kommt eine wesentlich größere Fläche des Materials mit den Reaktionspartnern in Kontakt, und die Leistungsfähigkeit erhöht sich drastisch. In ihren Versuchen maßen die Forscher eine gegenüber den Kohlefaserelektroden um das Zehnfache erhöhte Leistungsdichte bei deutlich größerer mechanischer und chemischer Stabilität. (lf)
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