Strom fließt weiter

Neue Batterie lässt sich verbiegen und verdrehen

Wissenschaftler der ETH Zürich haben den Prototyp einer flexiblen Batterie vorgestellt, bei der die Stromversorgung selbst dann nicht abreißt, wenn sie verbogen oder verdreht wird. Zum Einsatz kommen könnte die Dünnfilm-Batterie in Zukunft in zusammenrollbarer Elektronik oder auch smarter Kleidung mit Sensoren, die Körperfunktionen messen.

Der Sandwich-Aufbau der neuen Batterie orientiert sich an kommerziellen Akkus, allerdings setzten die Forscher um Markus Niederberger ausschließlich bieg- und dehnbare Komponenten ein. Außen liegen die Stromsammler für Anode und Kathode, die zugleich als Hülle dienen. Sie bestehen aus einem dehnbaren Kunststoff, der elektrisch leitenden Kohlenstoff enthält.

(Bild: ETH Zürich, Gruppe Niederberger)

Innen dünne Schicht Silberflocken
Auf der Innenseite der Stromsammler befindet sich eine dünne Schicht aus winzigen Silberflocken, die einander wie Dachziegel überlappen. Dadurch verlieren sie auch bei Dehnung den Kontakt nicht und garantieren die Leitfähigkeit, auch wenn der Stromsammler stark auseinandergezogen wird. Selbst wenn sie den Kontakt verlieren, fließt der Strom noch durch den kohlenstoffhaltigen Kunststoff, allerdings schwächer.

In begrenzte Bereiche der Silberschicht sprühten die Forscher Anodenpulver aus Vanadiumoxid, beziehungsweise Kathodenpulver aus Lithiummanganoxid. Das Kernstück der Batterie liegt aber in der Mitte des „Sandwichs“: Der Elektrolyt, durch den die Lithium-Ionen beim Ent- oder Aufladen der Batterie wandern müssen, besteht aus einem Hydrogel. Darin befindet sich ein Lithiumsalz in hoher Konzentration.

„Elektrolytflüssigkeiten in heutigen Batterien sind giftig und brennbar“, erklärte Niederberger. Nicht so beim neuen Elektrolyt, den sein Doktorand Xi Chen entwickelt hat. Er basiert auf Wasser. Das Lithiumsalz im Gel ermöglicht die Ionenwanderung und verhindert die elektrochemische Zersetzung des Wassers.

(Bild: ETH Zürich, Gruppe Niederberger)

Flexible Displays und smarte Textilien
Bis zur Kommerzialisierung müssen die Wissenschaftler die Batterie allerdings noch optimieren und weiterentwickeln, beispielsweise um die Beladung mit Elektrodenmaterial zu erhöhen und die einzelnen Schichten langfristig dicht miteinander zu verbinden. Sollte sich die Batterie bis zur Marktreife bringen lassen, sehen Niederberger und sein Team zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, von rollbaren Displays bis zu smarten Textilien.

(Bild: ETH Zürich / Peter Rüegg)

Auch in anderen Forschungsgruppen weltweit wird rege an biegsamen Batterien geforscht. Laut Niederberger ist der nun vorgestellte Prototyp jedoch der erste, der so konsequent ausschließlich auf flexible Komponenten setzt.