Batterien der Zukunft sind klein bis winzig, dünn wie Scheckkarten, flexibel in der Formgestaltung, außerdem lassen sie sich massenhaft, preisgünstig und umweltfreundlich herstellen. Mit einem Wort: Batterien der Zukunft gibt es noch nicht - aber die Wissenschaftler stehen kurz vor dem Durchbruch. Etwa mit der Dickschichttechnik, die zwar eher voluminöse Batterien vermuten lässt, tatsächlich aber ultradünne Energiespeicher möglich macht. Gerade mal einen halben Millimeter messen die scheckkartenkleinen Winzlinge, die vier Jahre lang 1,5 bis 3 Volt Spannung produzieren.
Die eigentlich aktiven Stoffe werden in einer Polymermatrix verarbeitet und druckfähig gemacht, dann werden die Stoffe getrocknet und dann das ganze zusammengefügt und außen in Form von einer Klebstoffschicht abgedichtet.
Batterien aus dem Siebdruck nennt Hubert Hahn vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Berlin dieses Verfahren. Eingesetzt werden Silberoxid- und Zinkpasten, wie sie Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe entwickelt haben. Abgesehen von der hohen Energieausbeute - Fachleute sprechen auch von Energiedichte - vereint diese Substanzen eine Fähigkeit: Sie lassen sich drucken.
Man hat also Folien, die sind aufgerollt auf Maschinen, die werden unter ein Druckgerät, unter ein Sieb gebracht, durch das diese Paste aufgedruckt wird. Anschließend wird das Material getrocknet, die einzelnen Batterieschichten übereinander gestapelt und zuletzt die Passivierung aufgebracht und das Ganze dann dicht zusammen laminiert.
Probleme bereitet den Forschern das Verkapseln der Batterien. Es macht wenig Sinn, eine 0,2 Millimeter dünne Batterie mit einer einen Millimeter dicken Kapsel zu schützen! Abhilfe versprechen Batterien mit Festkörperelektrolyten, die nur eine simple Dichtung brauchen - dafür aber aufwändig produziert werden müssen - etwa mit dem reaktiven Ionensputtern.
Dort wird ein Plasma gezündet, dann wird ein Arbeitsgas wie Argon eingeleitet und in dem Plasma werden die Ionen dann auf das Target beschleunigt und stäuben sozusagen die einzelnen Atome oder Moleküle ab, die sich dann auf dem Substrat niederschlagen.
Batterien mit Festkörperelektrolyten sind wesentlich belastbarer. Herkömmliche Batterien verlieren mit sinkender Temperatur ihre Kapazität, außerdem dürfen sie nicht bei hohen Temperaturen gelagert werden,…
…also 80 Grad müssen sie mal kurzzeitig aushalten können, aber bei höheren Temperaturen verschlechtern sie sich ganz schnell. Bei reinen Festkörperelektrolyten, die vakuumtechnisch aufgebracht werden, hat man einen wesentlich größeren Bereich, da gibt es inzwischen auch schon Systeme, die bei Minus 40 Grad funktionieren und Temperaturen bis 150 Grad beispielsweise aushalten.
Diese Batterien - sagt Hubert Hahn - sind ideal für die autonome Energieversorgung elektronischer Komponenten im PKW. Möglichst kleine Batterien mit möglichst hoher Energiedichte ist aber nicht das einzige Ziel der Forscher. Parallel arbeiten sie Energiemanagementsystemen, die es ermöglichen,…
…die Kapazität der Batterien ganz genau zu bestimmen, in dem während Aufladung, aber auch während des Betriebes gemessen wird, wie viel Ladung dort rein und raus geht. Da wurde jetzt ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, die Kapazität zu bestimmen, ohne dass immer den momentanen Stromwert messen muss, das ist wichtig, sonst würde die Elektronik selbst wieder zu viel Strom verbrauchen. Und so ist es möglich, die in der Batterie vorhandene Kapazität auf ein Prozent genau zu bestimmen.
Die eigentlich aktiven Stoffe werden in einer Polymermatrix verarbeitet und druckfähig gemacht, dann werden die Stoffe getrocknet und dann das ganze zusammengefügt und außen in Form von einer Klebstoffschicht abgedichtet.
Batterien aus dem Siebdruck nennt Hubert Hahn vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Berlin dieses Verfahren. Eingesetzt werden Silberoxid- und Zinkpasten, wie sie Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe entwickelt haben. Abgesehen von der hohen Energieausbeute - Fachleute sprechen auch von Energiedichte - vereint diese Substanzen eine Fähigkeit: Sie lassen sich drucken.
Man hat also Folien, die sind aufgerollt auf Maschinen, die werden unter ein Druckgerät, unter ein Sieb gebracht, durch das diese Paste aufgedruckt wird. Anschließend wird das Material getrocknet, die einzelnen Batterieschichten übereinander gestapelt und zuletzt die Passivierung aufgebracht und das Ganze dann dicht zusammen laminiert.
Probleme bereitet den Forschern das Verkapseln der Batterien. Es macht wenig Sinn, eine 0,2 Millimeter dünne Batterie mit einer einen Millimeter dicken Kapsel zu schützen! Abhilfe versprechen Batterien mit Festkörperelektrolyten, die nur eine simple Dichtung brauchen - dafür aber aufwändig produziert werden müssen - etwa mit dem reaktiven Ionensputtern.
Dort wird ein Plasma gezündet, dann wird ein Arbeitsgas wie Argon eingeleitet und in dem Plasma werden die Ionen dann auf das Target beschleunigt und stäuben sozusagen die einzelnen Atome oder Moleküle ab, die sich dann auf dem Substrat niederschlagen.
Batterien mit Festkörperelektrolyten sind wesentlich belastbarer. Herkömmliche Batterien verlieren mit sinkender Temperatur ihre Kapazität, außerdem dürfen sie nicht bei hohen Temperaturen gelagert werden,…
…also 80 Grad müssen sie mal kurzzeitig aushalten können, aber bei höheren Temperaturen verschlechtern sie sich ganz schnell. Bei reinen Festkörperelektrolyten, die vakuumtechnisch aufgebracht werden, hat man einen wesentlich größeren Bereich, da gibt es inzwischen auch schon Systeme, die bei Minus 40 Grad funktionieren und Temperaturen bis 150 Grad beispielsweise aushalten.
Diese Batterien - sagt Hubert Hahn - sind ideal für die autonome Energieversorgung elektronischer Komponenten im PKW. Möglichst kleine Batterien mit möglichst hoher Energiedichte ist aber nicht das einzige Ziel der Forscher. Parallel arbeiten sie Energiemanagementsystemen, die es ermöglichen,…
…die Kapazität der Batterien ganz genau zu bestimmen, in dem während Aufladung, aber auch während des Betriebes gemessen wird, wie viel Ladung dort rein und raus geht. Da wurde jetzt ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, die Kapazität zu bestimmen, ohne dass immer den momentanen Stromwert messen muss, das ist wichtig, sonst würde die Elektronik selbst wieder zu viel Strom verbrauchen. Und so ist es möglich, die in der Batterie vorhandene Kapazität auf ein Prozent genau zu bestimmen.