Gedruckte Batterie

Gedruckte Batterien ermöglichen Anwendungen mit elektrischen Systemen, die herkömmlichen Energiequellen oftmals verschlossen bleiben. Sie sind mit einer Dicke von weniger als 1 mm biegbar, was sie für Alltagsgegenstände einsatzbar macht. Das von Fraunhofer Forschern entwickelte System basiert auf der Verwendung von Zink-Braunstein und bietet eine Spannung von 1.5 V pro Zelle. Verglichen mit anderen Batteriesystemen, die aggressive Elektrolyte einsetzen, gilt es als umweltfreundlich. Es benötigt keine externen Kontakte zur Konditionierung oder Aufladung, da direkt nach dem Produktionsprozess die elektrische Energie verfügbar ist.

Kurzzeitig sind Stromflüsse von bis zu 100 mA möglich

Bereits bei der Herstellung lassen sich die Batterien miteinander verschalten, was eine hohe Robustheit der Applikation sicherstellt. Ist der benötigte Energiebedarf für die Lebensdauer der Anwendung bestimmt, kann dieser in chemischer Form in den Batterien durch eine entsprechende Formgestaltung gespeichert werden. Damit entfällt die Nachladung und das autarke System ist einsatzfähig. Besonders geeignet sind Produkte mit einer begrenzten Lebensdauer, für die eine Lagerfähigkeit von bis zu einem Jahr vorgesehen ist. Die Wissenschaftler am Fraunhofer ENAS verfolgen beim Einsatz gedruckter Batterien das Ziel, die gesamte Applikation mittels Drucktechnologien herzustellen. Der Vorteil ist dabei, dass ein fertiges Erzeugnis als Halbzeug verwendet werden kann. Dieses ist in sich vollendet und erfordert nicht im Nachhinein einzelne Kontaktierungen, die ihrerseits nur eine begrenzte Zuverlässigkeit haben. Insbesondere durch die Nutzung von Leiterzügen auf Basis von Kohlenstoff ermöglicht die integrierte Herstellung hier eine sehr hohe Betriebssicherheit.

Primäre Zink-Braunsteinzellen speichern auf der aktiven Batteriefläche eine elektrische Energie von 2–5 mAh/cm² bei 1,5 V, gemessen bei Entladeströmen von 200 µA. Eine Erhöhung dieser Ströme hat eine Verringerung der entnehmbaren Energiekapazität, unter anderem durch den Innenwiderstand, zur Folge. Der Innenwiderstand kann durch die parallele Herstellung eines Silber-Leiters signifikant reduziert werden, so dass ein kurzfristiger Stromfluss von mehr als 100 mA erzeugt werden kann. Das Materialsystem ermöglicht durch Serienschaltung die Anpassung der Betriebsspannung. Unter spezifizierten Entladebedingungen wurde bereits eine Spannungsversorgung auf dieser Basis von +/- 15 V realisiert.

Technisches Datenblatt unter: www.enas.fraunhofer.de