Der dehnbare Lithium-Ionen-Akku 2024 erschließt neue Technologiefelder

Der dehnbare Lithium-Ionen-Akku stellt eine bedeutende Innovation im Bereich der Wearable-Technologie dar. Diese Batterien sind auf Flexibilität und Langlebigkeit ausgelegt und eignen sich daher ideal für eine Vielzahl von Anwendungen, von Smartwatches bis hin zu medizinischen Geräten. Da die Nachfrage nach dehnbarer Elektronik weiter wächst, werden diese fortschrittlichen Batterien in der Zukunft sowohl der Unterhaltungselektronik als auch der Gesundheitstechnologien eine entscheidende Rolle spielen.

Dehnbarer Lithium-Ionen-Akku: Eine neue Ära in der tragbaren Technologie

Marktübersicht

Im Jahr 2022 wird der globale Markt für DehnbareLithium-Ionen-Batterienhatte einen Wert von 175,7 Millionen US-Dollar. Es wird erwartet, dass dieser Markt im Prognosezeitraum schnell um 23,0 % wächst. Die steigende Nachfrage nach dehnbaren Batterien in tragbaren Geräten wie Smartwatches und Telefonen ist ein wesentlicher Faktor für dieses Wachstum. Diese Batterien sind von entscheidender Bedeutung für die Stromversorgung adaptiver Geräte, die Flexibilität erfordern, z. B. biegsam, verdrehbar und ultradünn, um mechanischer Verformung während des Gebrauchs standzuhalten.

Anwendungen und Vorteile

Dehnbare Elektronik, einschließlich dieser fortschrittlichen Batterien, spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Funktionalität und des Benutzererlebnisses tragbarer Technologie. Ihr leichtes und kompaktes Design macht sie ideal für tragbare Geräte, da sie in den verfügbaren Raum passen und das Gewicht und die Größe der Produkte reduzieren. Diese Batterien sind speziell darauf ausgelegt, Biegungen, Dehnungen und anderen mechanischen Kräften standzuhalten, was sie im Vergleich zu herkömmlichen starren Batterien langlebiger macht. Diese verbesserte Haltbarkeit ist besonders vorteilhaft für Wearables, die regelmäßigen Bewegungen und Biegungen ausgesetzt sind.

Technologische Fortschritte

Es wird erwartet, dass die jüngsten Fortschritte in der Technologie dehnbarer Lithium-Ionen-Batterien das Marktwachstum vorantreiben werden. Die steigende Nachfrage nach fortschrittlichen Wearables, implantierbaren elektronischen Geräten wie Herzschrittmachern und weichen tragbaren Geräten für den Einsatz in städtischen Umgebungen hat das Interesse an der Entwicklung von Batterien mit ähnlichen Eigenschaften wie menschliche Haut und Organe geweckt. Beispielsweise entwickelte ein koreanisches Forschungsteam im März 2022 eine weiche, mechanisch verformbare und dehnbare Lithium batterie, die für tragbare Geräte geeignet ist. Sie testeten ihr Potenzial, indem sie die Batterie auf Kleidung druckten. Diese Batterie integriert vorhandene Lithium-Ionen-Materialien und erreicht eine Energiespeicherdichte von etwa 2,8 mWh/cm², vergleichbar mit kommerziell erhältlichen starren Lithium-Ionen-Batterien, die bei 3,3 V oder höher betrieben werden.

Herausforderungen und Überlegungen

Trotz der vielversprechenden Fortschritte gibt es auf dem Markt Herausforderungen. Wiederholtes Verdrehen flexibler Batterien kann zu Rissen in den Elektrodenschichten führen, was zum Abbau aktiver Materialien führt und das Marktwachstum behindert. Dieses Problem entsteht hauptsächlich durch die begrenzte Haftfestigkeit zwischen Elektrodenmaterialien und Stromabnehmern. Darüber hinaus kann ein kontinuierliches Verdrehen den Innenwiderstand innerhalb der Batterie erhöhen und so deren Leistung beeinträchtigen. Es gibt auch Bedenken hinsichtlich des Akkus selbst; Beispielsweise können Aluminium-Kunststofffolien, die in Standard-Lithium batterien verwendet werden, in flexiblen Batterien Falten bilden, was möglicherweise zu Undichtigkeiten führt, wenn die Elektrodenschichten durchstochen werden.

Dehnbare Lithium-Ionen-Batterie: Innovationen und Anwendungen

Die „Jelly Battery“ der Universität Cambridge

Im Vereinigten Königreich haben Forscher der Universität Cambridge eine neuartige dehnbare Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, die von Zitteraalen inspiriert wurde. Aufgrund ihres einzigartigen Designs haben sie ihr den Namen „Jelly Battery“ gegeben. Diese Batterie ahmt die Schichtstruktur des Zitteraalgewebes nach, das flexibel und leitfähig ist.

Der Hauptautor Stephen O'Neill erwähnte in einer Pressemitteilung: „Die Entwicklung eines Materials, das sowohl hoch dehnbar als auch hoch leitfähig ist, ist eine Herausforderung, da diese Eigenschaften normalerweise widersprüchlich sind.“ Die Batterie des Cambridge-Teams verwendet Hydrogele, das sind Polymernetzwerke, die über 60 % Wasser enthalten. Diese Strukturen können sich dehnen und in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, ohne ihre Funktionalität zu verlieren.

Außergewöhnliche Dehnbarkeit und Widerstandsfähigkeit

Die Studie beschrieb die Schaffung eines supramolekularen Polyionennetzwerks mit hoher Dehnbarkeit (>1500 %), Kompressibilität (>90 %) und schneller Selbsterholung. Aufgrund der reversiblen Bindungen, die durch zusammengesetzte Moleküle gebildet werden, weisen die Schichten der Gelee-Batterie eine starke Haftung auf.

In dem Artikel heißt es: „Durch die supramolekulare Vernetzung können sich geschichtete Proben um mehr als das Zehnfache ihrer ursprünglichen Länge verlängern, bevor sie an der Grenzfläche brechen.“ Oren Scherman, Professor und Direktor am Melville Laboratory for Polymer Synthesis, betonte die Anpassbarkeit von Hydrogelen an die mechanischen Eigenschaften menschlichen Gewebes.

Mögliche medizinische Anwendungen

Das Team der Universität Cambridge schlug vor, dass ihre Gelee-Batterie zur Medikamentenabgabe oder zur Behandlung von Erkrankungen wie Epilepsie in das Gehirn implantiert werden könnte. Hydrogele, die keine starren Metallbestandteile enthalten, werden weniger wahrscheinlich vom Körper abgestoßen oder verursachen Narbenbildung. Darüber hinaus weisen Hydrogele eine bemerkenswerte Zähigkeit auf, widerstehen bleibender Verformung unter Druck und reparieren sich bei Beschädigung selbst.

Weitere Implikationen

Die Entwicklung dieser Technologien hat weltweit Priorität. Das Weltwirtschaftsforum listete flexible Batterien als eine der „Top Ten Emerging Technologies of 2023“. Diese Fortschritte werden die Möglichkeiten bei tragbaren Geräten, IoT-Anwendungen, flexiblen Smartphones und Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs) erweitern.