Gedruckte Energiespeicher fürs Handgelenk
Für viele IoT-Geräte benötigt man teure, wenig umweltfreundliche Akkus. Printed Energy hat eine nachhaltige Zink-Ionen-Batterie von der Rolle entwickelt.
(Bild: StockSnap / Pixabay)
Ein nachhaltiger Energiespeicher und eine preiswerte Produktion steht bei Printed Energy ganz oben auf der Liste. Das US-Start-up hat deshalb eine Batterie aus Zink-Ionen-Material entwickelt, die flexibel und leicht ist und sich drucken lässt. Potenzielle Einsatzgebiete für den kleinen Energiespeicher sieht Chefentwickler Harsha Kolli unter anderem im Krankenhaus, wo die herkömmlichen Patientenbändchen durch solche mit eingebauter Sendeelektronik und Speicherchip ersetzt werden, um die fortlaufende Erfassung der Patientendaten sicherzustellen.
Erprobt wurden die simplen Armbänder bereits beim Iron Maori Marathon in Neuseeland, wo die Läuferinnen und Läufer an Streckenpunkten kontaktlos erkannt und so Zwischenzeiten erfasst wurden. Dieses Prinzip lässt sich laut Kolli auch auf andere Events übertragen, generell können die kleinen Batterien aber auch IoT-Geräte mit Energie versorgen, bei denen keine Steckdose in der Nähe ist.
Weitere Einsatzmöglichkeiten sieht Kolli im Warenhandel, wo etwa die Temperatur, Erschütterung oder Feuchtigkeit von Waren auf dem Transportweg erfasst werden müssen – war die Kühlkette für kritische Nahrungsmittel irgendwann unterbrochen, wurden Kisten zu ruppig bewegt oder sind Geräte unterwegs nass geworden?
Rolle-zu-Rolle-Produktion
Die gedruckten Energiespeicher lassen sich variabel auslegen, sie liefern 3 mAh/cm² und (fast) beliebige Spannung. Die metallische Zink-Elektrode wird aufgedruckt, die positive Elektrode mit Wasser als Elektrolyt ebenfalls. Printed Energy produziert die Zellen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren im US-amerikanischen Tempe, Arizona.
Die Rollen sind 12 bis 18 Zoll breit (30 bis 45 cm) und aus PET, die Prozesstemperaturen liegen bei 150 Grad – was ein Grund dafür ist, dass noch keine kompostierbaren Folien verwendet werden können. Zudem müssen die Folien außer thermisch auch mechanisch ausreichend stabil sein. Die gedruckten Schaltkreise sind bereits kompostierbar, die aufgesetzten Bauteile aber nicht.
Aktuell produziert das Start-up 10.000 Batterien pro Monat, im kommenden Jahr soll die Produktionskapazität verzehnfacht werden. Dazu muss mehr automatisiert werden, um die Prozessgeschwindigkeit zu erhöhen, was wiederum Investitionen erfordert, die das Start-up einwerben muss.
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BMBF-Forschungsprojekt ZIB
Zink-Ionen-Batterien stehen auch im Mittelpunkt des vom BMBF geförderten Forschungsprojekt „Wässrige Zink-Ionen-Batterien ZIB2“. Daran sind unter anderem das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, die Universität Bremen und als Koordinator die Varta Microbattery GmbH in Ellwangen beteiligt.
Wässrige Zink-Ionen-Batterien (ZIB) werden als grüne Energiespeichertechnologie bezeichnet, da ihre Chemie auf ausreichend verfügbarem Zink basiert. Die Batterien gelten als betriebssicher, umweltfreundlich, wirtschaftlich und es besteht keine Explosions- oder Brandgefahr, da Wasser ein wesentlicher Bestandteil der Zelle ist. Anders als die gedruckten Batterien von Printed Energy für IoT-Anwendungen zielt das BMBF-Projekt auf stationäre Batteriespeicher etwa für überschüssige Solar- und Windenergie ab.
(uk)
