Akkutechnologien

Das durchsichtige iPhone – transparente Lithium-Ionen-Zellen machen's möglich

28.07.11 | Redakteur: Thomas Kuther

Forscher an der Universität Stanford haben einen durchsichtigen Lithium-Ionen-Akku vorgestellt, der zudem sehr biegsam ist.

Es klingt wie ein Ausschnitt aus einem Science-Fiction-Film – aber was Forscher der Universität Stanford kürzlich vorgestellt haben, könnte beispielsweise bald durchsichtige Mobiltelefone ermöglichen.

Verschiedene Hersteller haben bereits teiltransparente Geräte wie digitale Bilderrahmen oder Mobiltelefone mit durchsichtigen Tastaturen vorgestellt. Völlig durchsichtige Geräte hingegen sind derzeit noch Utopie, da ein bislang wichtiges Puzzlestück fehlte, wie Professor Yi Cui erklärt: „Wenn Sie ein komplett transparentes Gerät bauen wollen, was ist dann mit dem Akku?“

Gemeinsam mit dem Studenten Yuan Yang hat Cui einen transparenten Akku entwickelt, der sich für den Einsatz in Geräten der Unterhaltungselektronik eignet.

Durchsichtige Geräte sind origineller

„Ich kann einen Akku leistungsfähiger machen, aber ich wollte, dass er auch originell aussieht“, erklärt Cui. Da sich Schlüsselmaterialien in Akkus weder transparent machen ließen noch durch andere transparente Werkstoffe ersetzt werden konnten, erkannten Yang und Cui schnell, dass ein durchsichtiger Akku nur realisierbar ist, wenn seine nichttransparenten Komponenten so klein sind, dass man sie mit bloßem Auge nicht sehen kann.

Kleine Strukturen sieht das menschliche Auge nicht

„Wenn etwas kleiner als 50 Mikrometer ist, wird es als durchsichtig wahrgenommen“, erläutert Yang, „da die maximale Auflösung des menschlichen Auges zwischen 50 und 100 Mikrometern liegt.“

Yang und Cui konstruierten einen netzartigen Rahmen für die Akkuelektroden mit einer Maschenweite von rund 35 µm. Das Licht dringt durch die Maschen des Netzes, sodass das Netz durchsichtig erscheint.

„Das war allerdings leichter gesagt, als getan“, betont Yang, „erst ein dreistufiger Prozess, der herkömmlich verfügbare und kostengünstige Substanzen nutzt, brachte uns den Durchbruch.“

Transparente Alternative zu herkömmlichen Akkumaterialien

Da übliche Werkstoffe wie Kupfer oder Aluminium nicht infrage kamen, suchten die beiden Forscher eine transparente Alternative. Diese fanden sie in der Form von Polydimethylsiloxan (PDMS), ein anorganisches Polymer auf Siliziumbasis, ein Silikon.

„PDMS ist sehr kostengünstig und wird bereits in der plastischen Chirurgie und für Kontaktlinsen eingesetzt“, erklärt Yang. „Es ist farblos und durchsichtig, aber leider nicht leitfähig. Deshalb mussten wir eine Metallschicht aufdampfen und anschließend eine flüssige Lösung mit aktivem Elektrodenmaterial in Nanogröße aufbringen.“

Auch Elektrolyt und Separator müssen transparent sein

Als nächstes entwickelte Yang eine transparente Substanz für den Zwischenraum zwischen den Elektroden. Dazu modifizierte er einen herkömmlichen Gelelektrolyten so, dass er sowohl als Elektrolyt als auch als Separator fungierte – ein wichtiger Schritt, da bislang alle Separatorwerkstoffe in herkömmlichen Batterien undurchsichtig waren. Platziert man nun eine solche Elektrolytschicht zwischen zwei Elektroden, entsteht eine funktionsfähige Akkuzelle. Mit mehreren Schichten solcher Zellen lassen sich größere und leistungsfähigere Akkus aufbauen.

Der transparente Akku ist biegsam und kostengünstig

Tests ergaben für eine Zelle eine Transparenz von 62% bei sichtbarem Licht. Drei übereinander angeordnete Zellen erzielten noch eine Transparenz von 60%. Darüber hinaus ist der durchsichtige Akku sehr biegsam. Zudem kostet ein transparenter Akku wesentlich weniger, als anzunehmen wäre. „Die Kosten liegen im gleichen Rahmen wie bei herkömmlichen Batterien“, verspricht Yang. Eine Einschränkung macht der Forscher dennoch: „Unser transparenter Akku ist leider nur halb so leistungsfähig wie ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku gleicher Größe. Die Energiedichte ist derzeit in etwa vergleichbar mit der von Nickel-Cadmium-Akkus.“ Die beiden Forscher sind allerdings zuversichtlich, die Leistungsfähigkeit ihres Akkus mithilfe optimierter Werkstoffe noch deutlich verbessern zu können.

Ein durchsichtiges iPhone wäre einfach cool

Wozu aber braucht man überhaupt ein transparentes Gerät? „Uns macht Grundlagenforschung nun mal viel Spaß“, erklärt Cui, „und bei einem durchsichtigen Akku sieht man, was im Inneren geschieht.“ Aber neben allen wissenschaftlichen Aspekten stand offensichtlich noch eine andere Motivation hinter der Arbeit der beiden Forscher: „Es sieht einfach cool aus“, schwärmt Cui, „und ich werde einmal mit Steve Jobs darüber reden – denn ich will ein durchsichtiges iPhone!“

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