Druckverfahren zur Herstellung elektrochemischer Energiespeicher

Abstract:
Druckverfahren sind hochproduktive und kostengünstige Fertigungsverfahren, die sich durch eine hohe Flexibilität auszeichnen. Das stetig wachsende Gebiet der gedruckten Elektronik macht sich diese Vorteile seit geraumer Zeit zu Nutze. Der Begriff gedruckte Funktionalität bezeichnet dabei alle Formen von Interaktivität, Intelligenz oder Elementen, die über eine reine Farbigkeit hinaus gehen, bis hin zu elektronischen Zusatzfunktionen, die mit Hilfe eines Druckverfahrens auf ein Substrat übertragen werden. Zu diesen Funktionalitäten zählen beispielsweise Sensoren, OLEDs, Displays oder Transistoren. Zur Energieversorgung autarker, elektronischer Applikationen sind entsprechende Energiespeicher zur Verfügung zu stellen. In diesem Artikel wird die Herstellung elektrochemischer Energiespeicher im Siebdruckverfahren vorgestellt, welche eine autonome, elektrische Energiebereitstellung ermöglichen. Elektronische Applikationen sind heutzutage weit verbreitet und in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens zu finden. Die gedruckte Elektronik bietet zudem nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für die Entwicklung neuartiger Produkte und das Entstehen vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten, wobei eine Grundvoraussetzung deren Versorgung mit Energie darstellt. Eine Möglichkeit hierfür sind elektrochemische Energiespeicher, welche hohen Ansprüchen genügen müssen. Es wird vor allem eine hohe Flexibilität im Hinblick auf Abmessungen, Größe, Dicke, Gewicht sowie Nennspannung und Kapazität gefordert. Durch den Einsatz von Druckverfahren ist es möglich, diesen Anforderungen in weiten Grenzen gerecht zu werden und elektrochemische Materialien formangepasst auf flexible Substrate aufzutragen. Zusätzlich besteht auf diese Weise die Möglichkeit, elektrochemische Energiespeicher direkt in bestehende oder neue Fertigungslinien zu integrieren und auf diese Weise die Produktivität nachhaltig zu steigern. Die Möglichkeit, verschiedenste flexible Substrate bedrucken zu können, beispielsweise Papiere, Kunststofffolien oder Textilien, macht das Siebdruckverfahren vielfältig einsetzbar. Seine Eigenschaft, besonders hohe Schichtdicken erzeugen zu können, ist ein weiterer Vorteil. Durch das Formulieren funktionaler Materialien in Druckpasten können diese in der gewünschten Form aufgetragen werden. Das Siebdruckverfahren eignet sich somit hervorragend für einen Einsatz zur Herstellung gedruckter Energiespeicher. Dieser Beitrag befasst sich mit der Herstellung gedruckter Batterien des Zink-Mangandioxid-Systems. Unter Einsatz des Siebdruckverfahrens können Primärzellen gefertigt und charakterisiert werden, die sowohl sehr dünn als auch flexibel sind. Sie eignen sich für den Einsatz in elektrischen Applikationen. Ausgehend von den erhaltenen Ergebnissen ist eine Weiterentwicklung in Richtung einer Rolle-zu-Rolle Fertigung vorstellbar, mit welcher die Basis für eine kostengünstige Massenproduktion gelegt wird.