Battery-Kutter - Ihr Partner für mobile Energie!

  • Warenkorb: 0 Artikel

Rufen Sie uns an: 040 / 6116310

Battery-Kutter News

Flexible, biegsame Batterie entwickelt
18.12.2019

Flexible, biegsame Batterie entwickelt

Bei Computern, Tablets, Smartphones und Smartwatches kommen immer häufiger falt-​ oder rollbare Bildschirme oder Displays zum Einsatz. Und auch in intelligenten Kleidungsstücken verwendet man tragbare Sensoren, z.B. zur Überprüfung von Körperfunktionen. Häufig werden solche Geräte über eine Lithium-Ionen-Batterie am Laufen gehalten, die jedoch auch meist schwer und ungeeignet sind für derlei Anwendungsbereiche in flexiblen Elektronikgeräten oder Textilien.

Die Lösung für diese Problematik hat nun das Forscherteam um Markus Niederberger entwickelt, Professor für Multifunktionsmaterialien an der ETH Zürich. Zwar ist der sandwichartige Aufbau einem kommerziellen Akku durchaus ähnlich. Ihr Prototyp einer flexiblen Dünnfilm-​Batterie besteht jedoch aus komplett biegsamen Materialien und kann gedehnt und gedreht werden. Das Hauptaugenmerk gilt hierbei dem Elektrolyten, durch den sich die Lithium-​Ionen beim Entladen oder Laden der Batterie bewegen müssen. „So konsequent wie wir hat bisher noch niemand ausschließlich flexible Komponenten eingesetzt, um einen Lithium-​Ionen-Akku herzustellen“, erläutert Niederberger.

Die beiden Stromsammler für Anode und Kathode bestehen aus einem dehnbaren Kunststoff. Dieser enthält elektrisch leitenden Kohlenstoff und ist gleichzeitig Außenhülle. Eine dünne Schicht aus kleinsten Silberflocken befindet sich auf der Innenseite des Kunststoffs. Durch die dachziegelartige Anordnung der Silberflocken bleiben sie miteinander in Kontakt, selbst bei starker Biegung oder Drehung des Kunststoffs. Sollte doch ein Kontaktverlust entstehen, fließt der elektrische Strom durch den kohlenstoffhaltigen Kunststoff, wenn auch schwächer. Mithilfe einer Maske sprühten die Forscher Anoden-​ bzw. Kathoden-​Pulver in einem genau begrenzten Bereich auf die Schicht aus Silber. Das Kathodenpulver enthält Lithiummanganoxid, die Anode Vanadiumoxid.

Durch eine Trennschicht separiert, ähnlich einem Bilderrahmen, wurden dann die beiden Stromsammler mit den aufgebrachten Elektroden aufeinandergelegt und die Lücke im Rahmen mit Elektrolytgel gefüllt.

Dieser Gel-Elektrolyt auf Wasserbasis ist umweltfreundlicher als bisherige, sind Elektrolytflüssigkeiten in heutigen Batterien doch oft sind giftig und brennbar. Im Gel integriert ist ein Lithiumsalz. Dieses macht nicht nur die Wanderung der Lithium-Ionen zwischen Kathode und Anode während des Ladens und Entladens möglich. Das Salz wirkt auch einer elektrochemischen Zersetzung des Wassers entgegen.

Für ihren Prototyp fügten die Wissenschaftler die verschiedenen Komponenten zunächst mit Klebstoff zusammen. „Wenn wir die Batterie kommerzialisieren wollen, müssen wir ein anderes Verfahren finden, damit sie langfristig dicht bleibt“, so Niederberger. Um die flexible Batterie zu optimieren und um an eine Kommerzialisierung zu denken, muss die Beladung mit Elektrodenmaterial erhöht werden. Eine neue Doktorandin hat kürzlich begonnen, den weichen Energiespender weiterzuentwickeln. Der aus China stammende Erfinder des ersten Prototyps, Xi Chen, ist nach Abschluss seiner Dissertation in seine Heimat zurückgekehrt, wo er als Berater in der Batterieindustrie arbeitet.

Quelle: Elektronikpraxis Online, 25.09.2019, Peter Rüegg, ETH / Julia Schmidt

Bild: ETH Zürich / Peter Rüegg