Neuartige Bauelemente

Wissenschaft und Technik 2009:

Schon in den 1970er Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass gewisse organische Verbindungen Halbleitereigenschaften besitzen und sich deshalb zur Herstellung von Dioden und Transistoren eignen. Gegenüber konventionellen Siliziumhalbleiter-Bauteilen haben sie den Vorteil, auf nahezu beliebigen Oberflächen einfach durch Druckverfahren aufgebracht werden zu können. Allerdings konnte sich dieses Prinzip lange nicht durchsetzen, weil die erste Generation solcher Bauelemente thermisch und chemisch sehr instabil war und außerdem wenig zuverlässige elektrische Daten aufwies. Jetzt gelingt Professor He Yan und seinen Mitarbeitern in den USA ein Durchbruch. Er verwendet ein neuartiges Copolymer, das mit dem von ihm erstmals synthetisierten NDI-Bithiophen dotiert ist. Das Material lässt sich in handelsüblichen Lösungsmitteln lösen und eignet sich für den Druck mit Tintenstrahl- oder Tampondruckern. Der Markt für diese druckbaren Transistoren wird in der elektronischen Kennzeichnung von Supermarktproduktverpackungen gesehen. Mit ihnen ausgestattet, lassen sich alle Artikel in einem Einkaufswagen an der Kasse in einem einzigen Arbeitsgang aus größerer Distanz scannen, ohne sie einzeln an einem Lesegerät vorbeizuführen.

Geradezu eine Sensation bei der Entwicklung von Akkumulatoren gelingt den Wissenschaftlern Byoungwoo Kang und Gerbrand Ceder am Massachusetts Institute of Technology. Die bisher besten elektrischen Speicher sind Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Sie besitzen eine Speicherdichte von 100 Wh/kg gegenüber nur 35 Wh/kg bei Bleiakkus. Allerdings liegen auch sie damit ganz erheblich unter der Energiedichte von Treibstoffen wie Benzin, Dieselöl oder Kerosin mit Werten um 12 000 Wh/kg. Der größte Nachteil von Akkus gegenüber Flüssigtreibstoffen liegt im Alltagseinsatz aber darin, dass sie enorm lange Zeiten benötigen, um wieder aufgeladen zu werden. Die nach einer Autofahrt von nur 100 km leere Batterie braucht für ihre Regeneration heute mehrere Stunden. Die Wissenschaftler aus Cambridge (USA) haben nun einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator entwickelt, der hohe Energiedichten mit extrem kurzen Ladezeiten verbindet. Diese liegen gerade noch bei einem Hundertstel der Zeiten von kommerziellen Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Ein leerer Handyakku ließe sich damit in nur zehn Sekunden aufladen, ein 15 kWh Hybrid-Automobilakku in nur fünf Minuten. Allerdings zeigt sich dabei eine neue Grenze: die Belastbarkeit des Stromnetzes. Während der Ladezeit müsste es 180 kW liefern!