Mikrobatterie auf Graphenbasis versorgt Biotelemetrie-Implantate mit Strom

Forschern des Pacific National Laboratory (PNL) ist es gelungen, den Grundstein für eine Weiterentwicklung der Batterietechnologie zu legen, indem sie eine reiskorngroße Batterie auf Graphenbasis entwickelt haben. Diese besondere Kreation hebt sich von allen früheren ähnlichen Forschungsarbeiten ab, weil die Batterie tatsächlich im wirklichen Leben eingesetzt werden kann. Das Team hat die Batterie erfolgreich eingesetzt, um die Bewegungen von Lachsen in Flüssen zu überwachen. Es wird erwartet, dass diese Art von Batterietechnologie ein neues Zeitalter der Biotelemetrie einleiten wird.

Diese aus Graphen hergestellten Mikrobatterien werden von vielen als Durchbruch in der Biotelemetrie angesehen. In diesem medizinischen Bereich wurden bereits unglaublich kleine Sensorpakete gebaut, aber die dabei verwendeten Silberoxidbatterien waren einfach nicht effektiv genug. Die Batterien waren entweder zu groß oder sie hielten nicht lange genug, um genügend Daten zu sammeln. Diese Graphenbatterien könnten alle bisherigen Mängel beheben.

Die meisten Technologen sind der Meinung, dass die Batterie das einzige Teil des Puzzles ist, das die Entwicklung von Technologien behindert. Dies gilt für Smartphones, Elektroautos, erneuerbare Energien und sogar Biotelemetrietechnologien. Der Bau der kleinsten Batterie wäre eine herausragende Leistung. Derzeit sind Mikrobatterien, von denen man erwartet, dass sie künftige Batterietechnologien prägen werden, weitgehend noch Laborkuriositäten.

Wenn sich diese Mikrobatterien tatsächlich zu nützlichen medizinischen Komponenten entwickeln, können täglich viele Leben gerettet werden. Dies ist besonders für Patienten nützlich, die regelmäßig überwacht werden müssen, da sie Zugang zu Echtzeit-Updates hätten, ohne die meiste Zeit im Krankenhaus verbringen zu müssen. Dadurch wird auch das Risiko nosokomialer (im Krankenhaus erworbener) Infektionen verringert, und die Ärzte werden Zugang zu genaueren Gesundheitsdaten haben.

All dies ist dank einer einzigartigen Graphen-Fluor-Kombination möglich, an der das PNLL-Team gearbeitet hat. Das fluorierte Graphen ist in der Lage, viel höhere Spannungen zu halten und gleichzeitig den Strom effizienter zu entladen. Die Batterie verwendet eine "Jelly-Roll"-Struktur, bei der das Material in drei Schichten übereinander angeordnet ist, die dann zu einer Zylinderform aufgerollt werden - daher der Name "Jelly Roll". Die Schichten dienen eigentlich als Trennmaterial, da sie zwischen einer Lithiumanode und einer fluorierten Graphenkathode liegen. Den Forschern zufolge sollte dies ausreichen, um ein 744-Mikrosekunden-Signal im Abstand von 3 Sekunden fast drei Wochen lang zu senden, was länger dauern kann, wenn der Abstand erhöht wird.

Allerdings müssen die Forscher noch den größten Mangel dieser Mikrobatterie beheben, der ihre kommerzielle Skalierbarkeit verhindert: Jede Mikrobatterie muss in Handarbeit hergestellt werden. Die Forscher mussten jedes Stück des Materials, aus dem sie bestehen, zuschneiden, abflachen, übereinanderlegen und in die Zylinderform rollen - alles von Hand.