Forscher der Hong Kong Polytechnic University (PolyU) entwickelten eine hochflexible und hochenergetische Textil-Lithium-Batterie, die eine stabilere, langlebigere und sicherere Energieversorgung für tragbare Elektronik mit einer Vielzahl von Anwendungen bietet, wie zum Beispiel in der Medizin, ‚intelligenten‘ Textilien, Smartphones, GPS und IoT.
Professor Zheng Zijian leitet das Forschungsteam des "Institute of Textiles and Clothing" der PolyU bei der Entwicklung einer hochflexiblen, hochenergetischen Textil-Lithium-Batterie. Bild: PolyU
Die neuartige leichte Textil-Lithium-Batterie von PolyU weist eine hohe Energiedichte von mehr als 450 Wh/L und eine ausgezeichnete Flexibilität auf – mit einem Biegeradius von weniger als 1 mm und einer Faltbarkeit von über 1.000 Zyklen mit geringer Kapazitätsabnahme.
Im Vergleich dazu können aktuelle biegsame Lithium-Akkus nur einen Biegeradius von etwa 25 mm und eine deutlich geringere Leistung von weniger als 200 Wh/L erreichen.
Die Textil-Lithium-Batterie, die weniger als 0,5 mm dick ist, verfügt im Vergleich mit herkömmlichen Lithium-Batterien über eine schnelle Lade-/Entladefähigkeit und eine lange Lebensdauer.
Die vom Forschungsteam des „PolyU Institute of Textiles and Clothing“ (ITC) entwickelte Innovation gewann auf der letzten „Internationalen Erfindermesse“ in Genf drei Preise.
Professor Zheng Zijian, der das ITC-Forschungsteam leitet, sagte: „Die Wearable-Technologie wurde als die nächste globale große Marktchance nach Smartphones bezeichnet. Es wird prognostiziert, dass der weltweite Marktumsatz für tragbare Geräte jährlich sprunghaft um über 20 Prozent wachsen und bis 2024 100 Milliarden US-Dollar erreichen wird.“
„Da jede tragbare Elektronik eine tragbare Energieversorgung erfordert, bietet unsere neuartige Technologie bei der Herstellung von textilen Lithium-Batterien eine vielversprechende Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen der nächsten Generation, die von Gesundheitsversorgung, Infotainment, Sport, Luft- und Raumfahrt, Mode, IoT bis hin zu den Anwendungen reicht, die sogar unsere heutigen Vorstellungen übertreffen können“.
Lithium-Batterien sind aufgrund ihrer relativ hohen Energiedichte und langen Lebensdauer derzeit die dominierende wiederaufladbare Batterie auf dem Markt. Da herkömmliche sperrige schwere Lithium-Batterien nicht ohne Weiteres in tragbaren Geräten verwendbar sind, haben sich die Wissenschaftler in den letzten zehn Jahren bemüht, biegsame Lithium-Batterien zu entwickeln – oft unter Verwendung von Metallfolien als Stromsammler.
Allerdings können sich die Engpässe in Bezug auf Energiedichte, Flexibilität, mechanische Robustheit und Zyklenfestigkeit nach Ansicht der Wissenschaftler erst mit der Entwicklung der Textil-Lithium-Batterie von PolyU beheben lassen.
Mit der patentierten neuartigen Technologie der Polymer-Assisted Metal Deposition (PAMD) von PolyU werden hochleitfähige Metalle, wie Kupfer (Cu) und Nickel (Ni), gleichmäßig und konform auf vorbehandelte Textilgewebe aufgebracht. Solche gefertigten Metallgewebe mit niedrigem Schichtwiderstand und großer Oberfläche dienen in der Batterie als Stromsammler.
Nach dem Hinzufügen von aktiven Materialien als Kathode und Anode werden die Metallgewebe zusammen mit dem Separator und dem Elektrolyten in einer Textil-Lithium-Batterie integriert.
Die vom ITC-Team durchgeführten Labortests bewiesen unter Verformungen die extrem hohe mechanische Stabilität, Langlebigkeit und Sicherheit der Textil-Lithium-Batterie.
Wenn die Batterie wiederholt halb gefaltet, in verschiedenen Winkeln gedreht oder frei geknittert wird, bleibt ihr Spannungsfenster unverändert. Über 1000 Biegeversuche zeigten, dass die Batterie mit geringer Kapazitätsabnahme gebogen werden kann.
Sicherheitstests mit kontinuierlichem Hämmern, Schneiden mit der Schere und Punktierungen mit einem Nagel ergaben, dass die Batterie eine stabile Ausgangsleistung für elektronische Komponenten liefern kann, ohne dass eine Gefahr für Feuer oder Bersten besteht. Der Forschungsbericht erschien in „Nature Communications“.
The Hong Kong Polytechnic University
