Die Erzeugung von Energie aus erneuerbaren Ressourcen wie Solar-, Windenergie und mikrobiellen Ursprungs stellt neben der Energiespeicherung sowie Umwandlung eine große Herausforderung in der heutigen Zeit für eine ausreichende Energieversorgung dar. Die Umsetzung der Energiewende erfordert neben der Neuentwicklung von innovativen Materialien in z.B. Brennstoffzellen, Batterien und Speichern auch die Entwicklung von alternativen technologischen Konzepten. Batterien und Brennstoffzellen haben gezeigt, dass diese als vielversprechende Möglichkeit für eine nachhaltige Energieversorgung bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können. Jedoch ist die derzeitige Produktion der Elektroden sehr teuer.
Autor: Dr. Stefan Knohl von der Papiertechnische Stiftung
Papier, ein flaches Material, bietet sich aufgrund der vielen Vorteile als aussichtsreicher Werkstoff gegenüber den konventionellen Produkten an. Im Vordergrund steht dabei die Blatt- oder Rollenweise Verarbeitung und damit verbunden die kostengünstige Herstellung. Damit die Vorteile des Papieres mit Füllstoffen und speziellen Faserstoffen ausgenutzt werden können, ist es notwendig, dass Eigenschaften wie die Porosität, die Leitfähigkeit, die Permeabilität und der elektrische Widerstand mittels geeigneter Rohstoffe und Prozessparameter des Papierherstellungsprozesses über die bisherig etablierten Grenzen hinaus geht.
Jedes hochgefüllte Papier besteht aus Zellstoffasern und bis zu 90 Ma.% Füllstoff (Abb. 1). Die Festigkeit und Flexibilität des Werkstoffes beruht in der Ausbildung des Fasernetzwerkes, während durch den Füllstoff das Papier die funktionalen Eigenschaften übernimmt. In zwei laufenden Projekten für eine nachhaltige Energieversorgung untersucht die Papiertechnische Stiftung (PTS) die Herstellung von hochgefüllten Papieren und papierabgeleiteten Werkstoffen für die Anwendung in Brennstoffzellen. Dafür werden papierabgeleitete Bioelektroden für eine mikrobielle elektrochemische Abwasseraufbereitung sowie hochporöse titanbasierte Stromverteiler für PEM-Brennstoffzellen entwickelt.
Ein weiterer erheblicher Vorteil der hochgefüllten flachen Papierhalbzeuge ist, dass diese durch konventionelle papiertechnologische Verarbeitungsprozesse (z.B. Wellen, Falten) in 3-dimensionale Strukturen überführt werden können (Abb. 2).
Hochgefüllte Spezialpapiere steigern nicht nur den Wirkungsgrad herkömmlicher Technologien, sondern eröffnen auch die Möglichkeit für neue Wege und Vorteile für die Papierindustrie, z.B. die Entstehung neuer Märkte und Anwendungen von papierbasierten Materialien.
Papierfüllstoff_Abb 1 (Abbildung: Papiertechnische Stiftung)
Papierahlzeuge_3D_Abb 2 (Abbildung: Papiertechnische Stiftung)
Projektpartner Elektropapier
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