Elektronik: Blätter eignen sich als günstige Alternative zu teuren Elektroden
In unserer hochtechnisierten Gesellschaft gibt es einen hohen Bedarf an leistungsfähigen Elektroden. Egal ob Touchscreens, Solarzellen oder Leuchtdioden: Überall werden Elektroden benötigt, die natürlich auch möglichst günstig sein sollen. Bisher werden Elektroden meist aus Silber oder Indiumzinnoxid (ITO) zum Einsatz. Ersteres ist als Material recht teuer, zweiteres hat eine eher begrenzte Leitungsfähigkeit. Forscher vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena haben nun eine interessante Alternative gefunden: Sie nutzen Pflanzenblätter als Basis für eine neue Elektrode.
Blattadernetz als Elektrode
„Wir haben uns von dem perfekt ausgeklügelten System der Natur inspirieren lassen und aus den Blattadern von Laubblättern Elektroden mit einer hohen Leistungsdichte und geringem Materialverbrauch konstruiert„, erklärt Guobin Jia, der das Team leitet. Das Pflanzenblatt als Basis ist im Grunde allgegenwärtig und somit sehr gut verfügbar.
Die feinen, netzartig verzweigten Blattadern eines Pflanzenblattes sind darauf ausgelegt, Wasser und Nährstoffe mit großer Effizienz im Blatt zu verteilen. „ Damit haben sie viel gemein mit den Elektroden in Solarzellen, Batterien oder LEDs, die elektrischen Strom oder Signale sammeln oder verteilen„, so Jonathan Plentz, der ebenfalls an dem Projekt beteiligt ist. Die Herstellung derartig verzweigter Elektroden war bisher sehr aufwändig und wenig materialeffizient.
Jia und sein Team wählten daher einen anderen Ansatz und verwandelten die Pflanzenblätter direkt in Elektroden. Dies erreichten die Forscher, indem sie das pflanzliche Gewebe von Magnolienblättern mittels Natronlauge und Wasserstoffperoxid auflösten, sodass am Ende nur das feine Netz der Blattadern übrig blieb. Dieses Netz wurde dann mit einem Katalysator benetzt, der dann die Anlagerung von Kupfer an die Adern förderte.
Heraus kam ein biegsames Blattskelett, das mit einer dünnen Kupferschicht überzogen war. Somit war aus dem Blatt eine verzweigte und transparente Elektrode geworden. Die Lichtdurchlässigkeit des Adergeflechts liegt vom IUV-Bereich bis ins Infrarot bei bis zu 84 Prozent.
Blattelektroden sind günstig und effizient
Viel wichtiger war den Forschern jedoch, dass die neuen Elektroden sich in Tests als leistungsfähiger als ITO-Elektroden erwiesen. Der Schichtwiderstand der Blattelektroden liegt bis zu 1090 Mal niedriger. Außerdem halten sie Stromdichten von bis zu 6000 Ampere pro Quadratzentimeter aus. Die Forscher leiteten in ihren Tests normalen Wechselstrom aus der Steckdose über das Elektrodenblatt zu einer 40-Watt-Glühbirne, die daraufhin leuchtete, ohne dass die Elektrode beschädigt wurde.
„ Unserem Wissen nach repräsentieren diese Blattelektroden damit den geringsten Schichtwiderstand und eine vergleichbare Transparenz im Vergleich zu bisherigen Elektroden. Für Elektroden aus Laubblättern benötigen wir wesentlich weniger Material„, so die Forscher. Zudem ist die Elektrode effizient genug, um mit Kupfer arbeiten zu können, was wesentlich günstiger als Silber und Indium ist.
Die Blattelektroden könnten mittelfristig diverse Elektronik-Anwendungen günstiger und einfacher herstellbar machen. Die Blattstruktur-Elektroden könnten etwa in neuartigen Solarzellen, LEDs oder Displays zum Einsatz kommen. Auch eine Verwendung in Lithiumionen-Akkus oder Superkondensatoren ist theoretisch denkbar.
