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Akkutechnologien Wie wiederaufladbare Lithium- Zellen immer kleiner werden

| Autor / Redakteur: Matthias Dorsch * / Thomas Kuther

Immer kleinere und leichtere Geräte erfordern auch immer kleinere und leichtere Akkus. Wir verraten Ihnen, wie sich noch kompaktere Lithium-Ionen-Akkus realisieren lassen, z.B. für In-Ohr-Kopfhörer.

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Bild1: Ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku im Taschenstil
Bild1: Ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku im Taschenstil
(Bild: Bild: VARTA Microbattery)

Die Entwickler mobiler Elektronikprodukte kennen die mit reduziertem Platz und Gewicht verbundenen Herausforderungen. Es scheint keine Grenzen für den Verbraucherwunsch nach immer dünneren, leichteren und schlankeren Geräten zu geben. Und in einem Produkt wie einem Ohrhörer (oder In-Ear-Lautsprecher), ist der Formfaktor absolut vorgegeben – in diesem Fall durch die Größe des menschlichen Ohrs.

In der Elektronik hat die ständige Größenreduzierung elektronischer Schaltkreise nach dem Mooreschen Gesetz den Schaltungsentwicklern im Laufe der Zeit geholfen, immer mehr aus immer weniger Raum herauszuholen. Im Bereich der Energiespeicherung bestimmt die Chemie und nicht die Elektronik das Tempo der Größenreduzierung, und leider gibt es in der Chemie keine Entsprechung des Mooreschen Gesetzes, das jedes Jahr weitere Reduzierungen der Größe von Batteriezellen erwarten lässt.

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Dennoch liefert Innovation in der Batterietechnologie weiterhin Antworten auf die Nachfrage von OEMs nach kompakterer Energiespeicherung. Dieser Artikel beschreibt, wie Verbesserungen eines neuen Knopfzellentyps den branchenweit kleinsten elektronischen Geräten längere Laufzeiten zwischen Ladevorgängen ermöglichen als je zuvor.

Eliminierung der Nachteile der Lithium-Technologie

In der Unterhaltungselektronik haben sich verschiedene Arten von Lithium-Ionen-Technologie durchgesetzt: Lithium-Ionen-Chemie für wiederaufladbare Batterien bieten ein besseres Verhältnis von Energiekapazität zu Volumen sowie von Energiekapazität zu Gewicht als jede andere Batteriechemie in der Massenproduktion. Deshalb enthalten tragbare Produkte mit hohen Anforderungen an eine kleine Bauweise und ein geringes Gewicht, wie Mobiltelefone und Tablet-PCs, alle Lithium-Ionen-Akkus.

In der Vergangenheit standen OEMs jedoch extremen Schwierigkeiten bei der Verkleinerung von Lithium-Ionen-Batterien für den Einsatz in Geräten gegenüber, die wesentlich kleiner als ein Handy sein sollten: ein drahtloses Headset mit Bluetooth-Funktechnologie ist ein gutes Beispiel für dieses Problem.

In den vergangenen Jahren verwendeten drahtlose Headsets eine benutzerdefinierte Lithium-Ionen-Batterie-Anordnung, in der die Zelle mit Aluminiumfolie umschlossen war, um eine Tasche zu bilden, bei der lose Drähte die Verbindung zum Host-Gerät übernahmen (Bild 1).

Diese komplexe Anordnung war relativ sperrig. Schlimmer noch, da Batterien im Taschenstil auf der Produktionslinie schwierig zu handhaben sind: Sie erfordern manuelle Montage und sind daher von Natur aus anfällig für inkonsistente Qualität und Schäden. Darüber hinaus ist ein Gehäuse im Taschenstil nicht robust und anfällig gegenüber vorzeitigem Ausfall, wenn es Erschütterungen und Vibrationen ausgesetzt ist. Dies ist beispielsweise in Kopfhörern oder Ohrhörern unerwünscht, die vom Benutzer häufig fallen gelassen oder bei heftigen Sport- oder Fitness-Aktivitäten benutzt werden.

Schließlich stellt ein auftragsspezifisches, für einen Kunden einzigartiges Teil ein höheres Supply-Chain-Risiko dar als ein Standardteil, das für mehrere Kunden in hohen Stückzahlen produziert und gelagert wird.

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