Der Verkaufsstart des Samsung Galaxy Fold läuft momentan noch etwas schleppend, nicht zuletzt aufgrund einiger Kinderkrankheiten wie eines Displays, das beim Auf- und Zuklappen noch leicht den Geist aufgibt. Umfragen zufolge könnte der Smartphone-Trend in den kommenden Jahren aber durchaus zu dieser neuen Genration des Klapphandys gehen.

Aber nicht nur Handys, auch Computer und Tablets bekommen falt- oder rollbare Bildschirme und auch Kleidung wird immer smarter und überwacht Körperfunktionen des Trägers. Bisher sorgen im Allgemeinen Lithium-Ionen-Batterien für die nötige Energie all dieser dieser Geräte und Anwendungen; die haben jedoch einen entscheidenden Nachteil: Sie sind schwer und steif. Professor Markus Niederberger vom Department of Materials an der Eidgenössisch Technischen Hochschule Zürich (ETH) und sein Team haben nun aber einen Prototyp einer flexiblen Dünnfilm-Batterie entwickelt, die sich biegen, dehnen und sogar verdrehen lässt, ohne dass die Leistung nachlässt.

© Niederberger Group, ETH Zurich

Batterie-Sandwich aus flexiblen Bauteilen

Aufgebaut ist der Akku wie ein Sandwich, also genauso, wie ein herkömmlicher Akku, der große Unterschied besteht jedoch in den Materialien, die für die Batterie verwendet werden, nämlich ausschließlich flexible Bauteile, um das gesamte Gebilde flexibel zu machen. „So konsequent wie wir hat bisher noch niemand ausschließlich flexible Komponenten eingesetzt, um einen Lithium-Ionen-Akku herzustellen“, betont Niederberger. ETH-Doktorand Xi Che entwickelte dazu einen neuartigen Elektrolyt, durch den sich die Lithium-Ionen beim Entladen oder Laden der Batterie bewegen müssen.

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So bestehen auch die beiden Stromsammler für die Anode und die Kathode aus einem dehnbaren Kunststoff mit elektrisch leitenden Kohlenstoff. Die Innenseite des Kunststoffs wurde mit einer dünnen Schicht aus winzigen Silberflocken bestückt, die auch dann nie den Kontakt zueinander verlieren und Strom leiten, wenn der Kunststoff gebogen oder gedreht wird. Im Falle, dass die Silberflocken doch den Kontakt zueinander verlieren, übernimmt der kohlenstoffhaltige Kunststoff ihre Aufgabe und leitet weiter Strom, allerdings etwas schwächer.

© Niederberger Group, ETH Zurich

Weitere Entwicklungen nötig

Die Lücke zwischen den beiden Elektroden ist mit einem Elektrolytgel gefüllt, das laut Niederberger bei weitem umweltfreundlicher ist als aktuelle derartige Materialien. „Elektrolytflüssigkeiten in heutigen Batterien sind giftig und brennbar“ sagt der Wissenschaftler. Das von Xi entwickelte Gel basiert dagegen auf Wasser, ein enthaltenes Lithiumsalz sorgt während des Ladens und Entladens sowohl für die Wanderung der Lithiumionen zwischen Kathode und Anode. Außerdem verhindert es die elektrochemische Zersetzung des Wassers.

Bis die flexible Batterie marktreif ist, seien noch weitere Forschungen nötig, betont Niederberger. Unter anderem müsse die Beladung mit Elektrodenmaterial erhöht werden, damit der Akku Endgeräte beliefern zu könne. Weiterhin müsse man sicherstellen, dass das zusätzliche Material nicht die Dehnbarkeit oder die elektrochemischen Eigenschaften beeinflusse, und die Flüssigkeit dürfe keine Schäden verursachen, falls die Batterie beispielsweise in Kleidung eingenäht werde und auslaufe. In diesem Fall biete der Elektolyt auf Wasserbasis natürlich entscheidende Vorteile.