Entwicklung von integrierten Mikrobatterien als Pufferspeicher - Li4Ti5O12 / LiMn2O4 Zellen mit organischem Gel-Elektrolyt

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Autarke elektronische Systeme können ihren Energiebedarf aus der Umgebung (energy harvesting) decken. Als elektrische Zwischenspeicher sind aufladbare Lithium-Ionenbatterien, insbesondere integrierbare Mikrobatterien, wegen ihrer hohen Energiedichte am besten geeignet. Da die Leistungsdichte der Batterien von den Elektrodendicken abhängt, muss das Batteriedesign entsprechend dem Stromprofil des Verbrauchers ausgelegt werden. Der Einfluss der Entladestromstärke auf die Batteriecharakteristik wurde durch elektrische Messungen in Swagelok(R)-Zellen für verschieden starke Elektroden (Li4Ti5O12 / LiMn2O4) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit zunehmender Elektrodendicke die Strombelastbarkeit deutlich sinkt. Die erreichten realen Flächenkapazitäten liegen zwischen 0,75 und 3,5 mAh/cm². Das Aufbaukonzept von Mikrobatterien sieht das Einbringen eines Batterielaminates bestehend aus Anode, Separator und Kathode in eine Kavität vor. Der flüssige Elektrolyt (EC/DEC/LiPF6) kann durch einen Gelifizierungsschritt im Laminat fixiert werden, wodurch das Einbringen in das Batteriegehäuse ermöglicht wird. Die Ionenleitung des Elektrolyten wird auch nach der Gelifizierung durch die Beweglichkeit der solvatisierten Ionen im Lösemittel bestimmt. Die Messungen an den Gel-Elektrolyten ergaben eine sehr geringe Reduzierung der Ionenleitfähigkeit durch die Gelifizierung. Die Herstellbarkeit von Batterielaminaten mit Gel-Elektroyt auf Basis organischer Lösemittel für den Einsatz in Mikrobatterien ist damit möglich.