Gedruckte Akkus

Kooperation von Hochschule und Unternehmen entwickelt günstige, umweltverträgliche Druck-Batterie.

Die Hochschule der Medien (HdM) in Stuttgart arbeitet gemeinsam mit der VARTA Microbattery GmbH, Ellwangen, und der etifix GmbH, Grafenberg, an einem gedruckten Akku. Mit diesen wieder aufladbaren, im Siebdruck hergestellten Batterien leisten die Hochschule und ihre Kooperationspartner Pionierarbeit.

Dabei ergänzen sich die drei Kooperationspartner: Die HdM steuert ihr Druck-Know-how bei, die VARTA Microbattery GmbH ihre Fachkenntnisse aus der Elektrochemie und die etifix GmbH ihre Erfahrung auf dem Gebiet der Etikettenproduktion. Betreut wird das Projekt auf der Seite der Hochschule der Medien von Gunter Hübner und Michael Wendler. Das Projekt wird im Rahmen des Forschungsprogramms "FHProfUnd" vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung auf drei Jahre gefördert. Die Grundlage des im Frühjahr 2008 angelaufenen Projektes bildet eine Diplomarbeit aus dem Jahr 2006: Die Machbarkeitsstudie, die von dem Studierenden Boris Vindus an der HdM in Kooperation mit VARTA erstellt wurde, beschäftigte sich mit dem Druck von Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (NiMH-Akkus). Die jetzigen Forschungsarbeiten schließen an die Zusammenarbeit mit dem Industriepartner an, mit dem Ziel, einen gedruckten Akku für die Serienproduktion zu entwickeln.

"Das, was unsere Batterie im Vergleich zu den derzeit am Markt befindlichen Produkten einmalig macht, ist, dass sie eine Sekundärzelle, also ein Akkumulator ist und auch nach dem hundertsten Aufladevorgang noch keine Ermüdungserscheinung zeigt", erklärt Michael Wendler. „In diesem Zusammenhang gab es bereits zwei Patentanmeldungen. Darüber hinaus ist der Akku durch seine Herstellungs- und Materialkosten von wenigen Cents, seine geringe Größe und flexibel gestaltbare Form ideal für die Serienproduktion. Auch verwenden wir, anders als andere Anbieter von gedruckten Batterien, keine Schwermetalle wie Cadmium oder Quecksilber, sondern Nickel-Metallhydrid, also umweltverträglichere Rohstoffe", so Wendler weiter.

Kleiner Akku - große Leistung

Der NiMH-Akku besteht aus insgesamt sechs Schichten, die zwischen zwei Foliensubstraten ähnlich einem Ravioli luftdicht eingeschlossen sind: Elektroden, Ableiter, eine Separatorschicht sowie Klebstoff, der die Schichten zusammenhält. Die Foliensubstrate müssen eine hohe Dichtigkeit gegenüber Wasserdampfdiffusion aufweisen, und daher wird hierfür ein Barrierematerial eingesetzt, welches oft auch Coffee-Bag-Folie genannt wird. Die Trägerfolien, die für das spätere Applizieren leicht zu (Klebe-) Etiketten verarbeitet werden können, kommen von der etifix GmbH. Die für die Herstellung benötigten verdruckbaren Elektrodenpasten wurden an der HdM in Zusammenarbeit mit VARTA entwickelt. Der fertige Akku ist extrem flach (max. 600 µm) und nicht viel größer als eine Briefmarke. Dabei kann er, dank der flexiblen Drucktechnik, in vielfältigen Formen erzeugt werden. Seine Leistung kann durch die unterschiedliche Dicke der gedruckten Schichten und deren Fläche individuell beeinflusst werden.

"Unsere gedruckten Akkus verhalten sich wie konventionelle Akkus. Eine einzelne NiMH-Akkuzelle liefert eine Spannung von 1,2 Volt. Dank der Drucktechnik lässt sich spielend leicht eine Reihenschaltung realisieren, um so die Spannung in Vielfachen von 1,2 Volt zu erhöhen. Die Lebensdauer eines solchen Akkus ist vergleichbar mit der vom konventionellen AA-Typ bzw. Mignon-Zellen. In einem Dauertest von etwa 3.000 Stunden wurden gedruckte Akkus weit über hundert Mal be- und entladen", erläutert Wendler. Die Kapazität einer Einzelzelle in den Abmessungen 40 x 40 mm beträgt etwa 100 mAh.

Vielseitige Einsatzmöglichkeiten

Neuartige Anwendungen sind im Rahmen von Smart-Cards, Smart Objects oder bei aktiven RFID-Transpondern denkbar. In Kombination mit Displays gibt es diverse Einsatzmöglichkeiten. Das Aufladen ist beim Einschieben in Lesegeräte oder über Solarzellen denkbar. Der flexible Akku als Energiespeicher in funktionaler, mit flexibler Solarzelle bestückter Kleidung kann für die Energie zum Betreiben von Beleuchtungen, Sensoren und Überwachungsfunktionen sorgen, auch wenn die Sonne einmal nicht scheint.

Hochschule der Medien Stuttgart

PH