Batterietechnologie für Wearables und Sensoren Festkörperbatterie-Material mit Energiedichte von 1.000 Wh/L
Die Ingenieure des Konzerns TDK vermelden den Entwurf eines neuen Materials für die hauseigene CeraCharge-Linie, eine wiederaufladbare Festkörperbatterie, die dank SMD-Technologie einfach integriert werden kann. Das neue Material verspricht eine wesentlich höhere Energiedichte als das bisherige. TDK plant, CeraCharge auf Knopfzellengröße zu schrumpfen, um der EU-Batterieverordnung entgegenzukommen.
Die Energiewende der Menschheit stützt sich unter anderem auf Batterietechnologie, denn all der aus erneuerbaren Energien gewonnene Strom, der nicht sofort verbraucht wird, muss irgendwo gespeichert werden. Auch die Mobilitätswende in Richtung E-Autos wird vorangetrieben und entsprechend werden zahllose mobile Speichermöglichkeiten benötigt; im besten Fall gleich mit bidirektionaler Ladetechnologie versehen. In den meisten Fällen wird derzeit auf Lithium-Ionen-Akkus gesetzt, doch vielzählige Unternehmen erforschen weitere Möglichkeiten, wie sich wiederaufladbare Akkus konstruieren und umweltschonender bauen lassen. Ganz heiß ist aktuell etwa das Thema Na-Ionen-Akkus.
Aber wir brauchen nicht nur die großen Akkus, sondern auch die kleinen, um etwa Wegwerfbatterien wie die altbekannten Knopfzellen ein für alle Mal aus dem Verkehr zu ziehen – und damit auch etwas für die Umwelt zu tun. Der japanische Konzern TDK, der vielfältige Anwendungen im Bereich der elektronischen Komponenten, Sensoren, Aktuatoren und Speicher anbietet, konzentriert sich seit geraumer Zeit auf die Verfeinerung der hauseigenen CeraCharge-Technologie. Dabei handelt es sich um wiederaufladbare Festkörperbatterien, die dank SMD-Technologie einfach in moderne Elektronikprodukte integriert werden können.
100-mal höhere Energiedichte als das alte Material
Mit dem neuen Material erreichen die Entwickler von TDK eine Energiedichte von 1.000 Wh/L, was geschätzt 100-mal höher liegt als beim alten Material. Festkörperbatterien erreichen derzeit volumetrische Energiedichten von etwa 300 bis 500 Wh/L. „Mithilfe der TDK-eigenen Materialtechnologie ist es gelungen, ein Material für die neue Festkörperbatterie zu entwickeln, das durch die Verwendung eines oxidbasierten Festelektrolyten und von Anoden aus Lithiumlegierungen eine deutlich höhere Energiedichte aufweist als die herkömmlichen, in Massenproduktion hergestellten Festkörperbatterien CeraCharge von TDK“, lassen die Verantwortlichen des Unternehmens mitteilen.
Die Festkörperbatterien sollen künftig primär in Wearables wie Kopfhörern, Hörgeräten oder Smartwatches zum Einsatz kommen, um Knopfzellen-Primärbatterien zu ersetzen. Zudem sollen die Solid-State-Batterien auch bei Umweltsensoren genutzt werden können. „TDK wird die Batteriezellen und das Design der Gehäusestruktur weiterentwickeln und die Massenproduktion vorantreiben, wobei die Entwicklung des neuen Produkts, der Festkörperbatterie, im Vordergrund steht. Ein weiteres Ziel ist es, die Kapazität der Batterie durch eine Mehrschicht-Laminiertechnologie zu erhöhen und ihren Betriebstemperaturbereich zu erweitern, indem es die Produktionstechnik anwendet, die TDK im Geschäft mit elektronischen Komponenten erworben hat“, wird erklärt.
TDKs Fortschritt bei der Entwicklung von Festkörperbatterien wird in Zukunft wahrscheinlich nicht ausschließlich für tragbare Elektronik sein. Nutzer von Elektrofahrzeugen und Drohnen wünschen sich eine hohe Energiedichte in Akkus, um längere Betriebszeiten und höhere Leistungsfähigkeit bei kompakter Bauweise zu erreichen. Auch medizinische Geräte, Wearables und IoT-Geräte profitieren von leistungsstarken und leichten Akkus. Diese Anforderungen erstrecken sich zudem auf militärische Anwendungen, erneuerbare Energien, industrielle Werkzeuge und die Raumfahrt, wo Effizienz und Zuverlässigkeit entscheidend sind. (sb)
