Forscher haben eine Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, deren Komponenten elastisch wie Gummi sind. Dadurch lassen sie sich biegen, dehnen oder verdrehen, ohne dabei ihre Eigenschaften zu verlieren.
Die Elektrifizierung vieler Bereiche stellt einen zentraler Bestandteil der Energiewende dar, um den Umstieg von fossilen Brennstoffen auf saubere Stromquellen zu ermöglichen. Je mehr Verkehr, Industrie und Haushalte mit Strom betrieben werden, desto größer wird die Nachfrage nach erneuerbarer Energie und flexiblen Speichermöglichkeiten.
Besonders häufig kommen dabei Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. Schätzungen zufolge soll bereits im Jahr 2030 die installierte Kapazität an Lithium-Ionen-Speichern bei 4,2 Terawattstunden liegen.
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Die Batterieforschung arbeitet deshalb mit Hochdruck daran, Batterien effizienter, langlebiger und flexibler zu machen. Denn nur so kann der wachsende Bedarf künftig gedeckt werden.
Gleichzeitig eröffnet die Batterieforschung neue Technologien, etwa biegsame oder dehnbare Akkus, die völlig neue Anwendungsfelder ermöglichen. Eine solche dehnbare Lithium-Ionen-Batterie haben Forscher der chinesischen Universität Nanjing entwickelt.
Biegsame Batterie erinnert an Gummi
Die von den chinesischen Forschern entwickelte Lithium-Ionen-Batterie kann mit der Hilfe von elastischen Elektrolyten und dehnbaren Elektroden auch bei starker Überstreckung weiterhin funktionieren. Laut den Forschern konnten im Labortest dabei Dehnung von bis zu 5.000 Prozent erreicht werden.
Die elektrische Funktionsfähigkeit bleibt auch erhalten, wenn das Material auf seine doppelte Länge gebracht wird. So könnte die Entwicklung Potenzial für den Einsatz in intelligenten Textilien oder implantierbaren medizinischen Sensoren bieten.
Die dehnbare Batterie der chinesischen Forscher wäre hierfür geeignet, da sie sich wie ein Gummiband stark dehnen lässt. Dabei liefert sie dennoch über zahlreiche Ladezyklen hinweg eine konstante Kapazität.
Dafür haben die Forscher ein elastisches Polymer-Elektrolyt eingesetzt, das durch eine ultraviolette Bestrahlung einen gummiartigen Zustand einnimmt. In diesem können Lithium-Ionen transportiert werden, das Material ist aber gleichzeitig enorm dehnbar.
Auch für de Elektroden setzen die Forscher flexible Materialien ein – denn auch diese müssen bei den äußeren Einwirkungen standhalten können. Um dies zu erreichen bringen sie Kohlenstoffschwarz und Silbernanodrähte auf ein Substrat auf, das zusätzlich mit einem Silikonpolymer überzogen wird. So werden auch die Elektroden flexibel.
Wie leistungsfähig ist die biegsame Batterie?
Die von den chinesischen Forschern entwickelte dehnbare Batterie kann im Vergleich zu einer Batterie mit herkömmlichen flüssigen Elektrolyten beim schnellen Laden etwa sechsmal mehr Energie speichern. Dabei liefert sie auch bei häufigem Be- und Entladen konstant Energie.
In ihren Tests konnten die Forscher zeigen, dass die Batterie mit den elastischen Elektrolyten bis zu 1.000 Zyklen durchhalten kann. Dabei verlor sie in den ersten 30 Zyklen etwa nur rund ein Prozent der Kapazität.Die Vergleichsbatterie mit flüssigem Elektrolyt verlor hingegen unter gleichen Bedingungen 16 Prozent der Kapazität.
Die Tests der Forscher wurden bislang jedoch lediglich unter Laborbedingungen durchgeführt. Auch reduziert sich die Kapazität der dehnbaren Prototypen nach einigen Dutzend Zyklen sichtbar. Dennoch könnte die dehnbare Batterie in Zukunft eine Speziallösung für bestimmte Anwendungsbereiche darstellen, bei denen vor allem die Biegsamkeit entscheidend ist.
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