ETH-Forscher entwickeln flexible Batterie

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 jedoch eine Energiequelle, und in der Regel ist dies eine Lithiumionenbatterie. Nur: Solche Batterien sind schwer und rigid und damit im Prinzip ungeeignet für Anwendungen in flexiblen Elektronikgeräten oder Textilien.

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.

Kernstück dieser neuen Batterie ist der Elektrolyt, also der Teil einer Batterie, durch den sich die Lithium-Ionen beim Entladen oder Laden der Batterie bewegen müssen. Entwickelt wurde der Elektrolyt von ETH-Doktorand Xi Chen, Erstautor einer Studie, die soeben 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. «So konsequent wie wir hat bisher noch niemand ausschliesslich flexible Komponenten eingesetzt, um einen Lithium-Ionen-Akku herzustellen», sagt Niederberger.

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 dann die Forschenden Anoden- respektive Kathoden-Pulver in einem genau begrenzten Bereich auf die Silberschicht. Das Kathodenpulver enthält Lithiummanganoxid, die Anode Vanadiumoxid.