Letztes Update am Mi, 25.09.2019 15:29

TT / Tiroler Tageszeitung Onlineausgabe


Forschung

Revolutioniert diese Falt-Batterie aus der Schweiz die Handybranche?

Wissenschafter der ETH Zürich entwickelten aus weichen Materialien eine Batterie, die sich verdrehen, biegen und dehnen lässt. Sie soll in biegsamen Elektronikgeräten zur Anwendung kommen.

Prototyp der flexiblen Batterie.

© ETH Zürich/Peter RüeggPrototyp der flexiblen Batterie.



Zürich — Die Elektronikbranche setzt immer mehr auf Computer oder Smartphones mit falt- oder rollbaren Bildschirmen. In intelligenten Kleidern kommen tragbare Kleinstgeräte oder Sensoren zum Einsatz, um beispielsweise Körperfunktionen zu überwachen. All diese Geräte brauchen eine Energiequelle, und in der Regel ist dies eine Lithiumionenbatterie. Nur: solche Batterien sind schwer und rigide und damit im Prinzip ungeeignet.

Abhilfe für dieses Problem schaffen nun Markus Niederberger, Professor für Multifunktionsmaterialien an der ETH Zürich, und sein Team. Die Forscherinnen und Forscher haben einen Prototyp einer flexiblen Dünnfilm-Batterie entwickelt. Diese lässt sich biegen, dehnen oder gar verdrehen, ohne dass die Stromversorgung abbricht.

Elektrolyt als Kernstück

Kernstück ist der Elektrolyt, also der Teil einer Batterie, durch den sich die Lithium-Ionen beim Entladen oder Laden bewegen müssen. Entwickelt wurde der Elektrolyt von ETH-Doktorand Xi Chen, Erstautor einer Studie, die in der Fachzeitschrift Advanced Materials erschienen ist. Der sandwichartige Aufbau der neuartigen Batterie orientiert sich an kommerziellen Akkus. Die Forscher verwendeten aber erstmals ausschliesslich flexible Bauteile, um die Batterie als Ganzes biegsam und dehnbar zu halten.

Die beiden Stromsammler für die Anode und die Kathode bestehen aus einem dehnbaren Kunststoff, der elektrisch leitenden Kohlenstoff enthält. Dieser ist zugleich Außenhülle. Auf die Innenseite des Kunststoffs trugen die Forschenden eine dünne Schicht aus winzigen Silberflocken auf. Durch die dachziegelartige Anordnung der Silberflocken verlieren sie den Kontakt zueinander auch dann nicht, wenn der Kunststoff stark gedehnt wird. Das garantiert die Leitfähigkeit des Stromsammlers, selbst wenn er stark gestreckt wird. Verlieren die Silberflocken den Kontakt zueinander dennoch, fließt der elektrische Strom — wenn auch schwächer — durch den kohlenstoffhaltigen Kunststoff.

Mithilfe einer Maske sprühten die Forscher dann Anoden- bzw. Kathoden-Pulver in einem genau begrenzten Bereich auf die Silberschicht. Das Kathodenpulver enthält Lithiummanganoxid, die Anode Vanadiumoxid.

Die Batterie lässt sich verdrehen, dehnen und biegen, ohne dass der Stromfluss abbricht.
Die Batterie lässt sich verdrehen, dehnen und biegen, ohne dass der Stromfluss abbricht.
- Gruppe Niederberger, ETH Zürich

Gel-Elektrolyt auf Wasserbasis

Separiert durch eine Trennschicht, die einem Bilderrahmen gleicht, legten die Wissenschaftler schliesslich die beiden Stromsammler mit den aufgebrachten Elektroden aufeinander und füllten die Lücke im Rahmen mit Elektrolytgel. Dieses Gel ist umweltfreundlicher als bisherige, wie Niederberger betont. „Elektrolytflüssigkeiten in heutigen Batterien sind giftig und brennbar." Diejenige, die Xi Chen entwickelte, basiert hingegen auf Wasser. Im Gel in hoher Konzentration eingebracht ist ein Lithiumsalz, das nicht nur die Wanderung der Lithiumionen zwischen Kathode und Anode während des Ladens und Entladens ermöglicht, sondern auch die elektrochemische Zersetzung des Wassers verhindert.

Für ihren Prototyp fügten die Wissenschafter die verschiedenen Bestandteile mit Klebstoff zusammen. „Wenn wir die Batterie kommerzialisieren wollen, müssen wir ein anderes Verfahren finden, damit sie langfristig dicht bleibt", sagt Niederberger. (TT.com)