Expertin für besondere Materialien

Die Reise nach Istanbul musste verschoben werden. Im November 2020 sollte in der türkischen Metropole eigentlich der 20. Internationale Kongress für Metallurgie und Materialien stattfinden. Für Dr. Bilge Saruhan-Brings, Mitglied des wissenschaftlichen Beirats des Expertentreffens, wäre es auch eine Rückkehr zu ihren akademischen Anfängen gewesen: Von 1975 bis 1982 studierte sie an der Technischen Universität Istanbul (İTÜ) und schloss mit einem Master im Bereich Werkstoffwissenschaft ab, bevor sie zur Promotion nach Irland ging und 1987 anfing, für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zu arbeiten. Nun ist der Kongress aufgrund der Corona-Pandemie verschoben, soll aber im Juni 2021 nachgeholt werden. Und die Beschäftigung mit Materialien und ihren außergewöhnlichen Möglichkeiten geht für die deutsch-türkische Wissenschaftlerin ohnehin weiter – aktuell mit einem spektakulären Stromspeicher namens „Polycap“.

Der Begriff „Polycaps“ leitet sich ab vom englischen Ausdruck „Supercaps“ für Superkondensatoren. Diese verbinden die Eigenschaften von Batterien und Kondensatoren: Sie nehmen moderate Energiemengen binnen ein paar Minuten auf, speichern diese für kurze Zeit und geben sie wieder ab. In Solaranlagen fungieren sie beispielsweise als Zwischenspeicher und übertragen die Energie von den Kollektoren in die Batterie. Problematisch: Superkondensatoren enthalten flüssigen Elektrolyt. Tritt er aus, kann das gesundheitsgefährdend und umweltschädlich sein. Im Fall der Polycaps verleihen chemische Verbindungen, die namensgebenden Polymere, dem Elektrolyt den Charakter eines flexiblen Festkörpers. „Diese Stromspeicher können sich nicht entzünden, sie sind umweltfreundlich und außerdem so dünn und flexibel, dass sie sich wie Pflaster auf einem Trägermaterial befestigen lassen“, erläutert Bilge Saruhan-Brings. „Polycaps können in Bauteile und Textilien integriert werden, zum Beispiel in Stoffe auf Passagiersitzen, in Fahrzeugtüren oder Flugzeugflügel.“

Die DLR-Wissenschaftlerin hat bereits mehrere Einsatzbereiche für die Polycaps im Blick: „Beispielsweise in Windkraftanlagen und in der Luft- und Raumfahrt – das Anbringen an schwer zugänglichen Stellen ist durch die Pflasterstruktur kein Problem und bei Flugzeugkomponenten ebenso denkbar wie bei Satelliten.“ Ein weiterer Pluspunkt der Polycaps: Sie können mehr als 30.000 Ladezyklen durchlaufen; eine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie schafft nur wenige tausend Zyklen.

In der Luftfahrt sieht Saruhan-Brings besondere Möglichkeiten: „In Flugzeugen könnten die Polycaps in Verbindung mit thermoelektrischen Generatoren (TEGs) in die Passagiersitze integriert werden. Die TEGs erzeugen elektrischen Strom durch den Unterschied zwischen Umgebungs- und Körpertemperatur der Passagiere. Der Strom wird in die Polycaps eingespeist und kann zur Versorgung der Bordelektronik beitragen.“

Europäische Batterien-Kooperation
Selbst im Gesundheitssektor liegt Potenzial für die neue Technologie: „In die Kleidung von Patienten integriert und mit Sensoren ausgestattet lassen sich mit den Polycaps Daten speichern, ähnlich wie es heutige Smartwatches tun“, sagt Saruhan-Brings. Die Forscherin nimmt sogar die „Heilung“ der Stromspeicher in den Blick. Im Rahmen des EU-Förderprogramms für Forschung und Innovation Horizon 2020 ist sie gemeinsam mit Partnern aus Deutschland, Belgien, der Türkei, Spanien, Italien und Luxemburg an dem Projekt BAT4EVER beteiligt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen in Batterien Polymere so verwenden, dass diese sich immer wieder neu zusammensetzen: „Dadurch können die Batterien Dellen, Löcher und sogar Schnitte überstehen, verlorene Bestandteile wiederherstellen und über einen viel längeren Zeitraum mit hoher Leistung be- und entladen werden. Dabei bleiben sie umweltfreundlich und geschützt vor dem Entzünden und Explodieren.“

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