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Leitprojekt "Energieminimierte Systemintegration". Teilvorhaben 2: Integrierbare Batterien für zukünftige Massenprodukte. Abschlussbericht: Entwicklung von Dickschichtbatterien

Laufzeit: 07/2000 bis 12/2004
 
: Otschik, P.; Stolle, S.; Grießmann, H.; Kretzschmar, C.
: Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe -IKTS-, Dresden

:
Fulltext (PDF; )

Dresden: IKTS, 2005, 74 pp.
Reportnr.: FKZ 03N1064B
German
Report, Electronic Publication
Fraunhofer IKTS ()
Massenfertigung; Dickschichttechnik; galvanische Batterie; Zink; Silberoxid; Batteriekapazität; Systemintegration; Werkstoffauswahl

Abstract
Ziel des Projektes war die Entwicklung einer ultra-dünnen Primärbatterie (<0,5 mm Dicke) auf Basis der Dickschichttechnologie. Mobile, hochintegrierte und kostengünstige Anwendungen z.B. im Scheckkartenformat sind mit dieser Technologie realisierbar. Die Primärbatterien sollen in miniaturisierten elektronischen Produkten wie SmartCards gemeinsam mit Sensoren, Elektronik, Display sowie Datenschnittstelle für die Ein- und Ausgabe integriert werden. Für die Entwicklung einer alkalischen Zink-Batterie mittels Dickschichttechnologie wurde vernickelter Stahl als Katodenstromkollektor und Cu-Messingfolie mit In-Beschichtung als Anodenstromkollektor ausgewählt. Die galvanische Abscheidung von Indium auf Cu-Messing wurde optimiert. Siebgedruckte Zn-Elektroden haben in Abhängigkeit vom verwendeten Polymer eine stärkere Selbstentladung als das Zinkpulver. Durch Optimierung der Pasten- und Elektrodenherstellung sowie durch Verwendung des Polymers P24 im Druckträger der Zn-Paste wurde die Gasung der Zn-Elektroden weitgehend minimiert. Durch Einsatz einer 38 % KOH mit 2 % ZnO als Elektrolyt wird eine minimale Gasung des Zinks und eine hohe Leitfähigkeit garantiert. Die Dimensionierung der Elektroden, des Elektrolyten und des Klebers erfolgt über Wägung und wurde für eine 15 mAh-Batterie optimiert. Zum Fügen der Batterien wurde eine spezielle Halterung entworfen, die das passgenaue Aufeinanderlegen und Verkleben der Elektroden unter definierter Beschwerung ermöglicht. Die Batterien werden bei konstanter Temperatur und unter N2 gefügt. Die elektrochemischen Ausbeuten frischer Batterien liegen bei ca. 80 % - 85 % Umsatz des Ag2O und ca. 60 % - 70 % Umsatz des Zn. Als Ursachen für den Kapazitätsabfall werden die Selbstentladung der Zn-Elektrode und Diffusion des Wasserstoffs durch die Fügenaht oder zur Katode und Reduktion des Ag2O sowie durch innere Kurzschlüsse betrachtet. Da nahezu alle zu verwendenden Sensoren in Dickschicht fertigbar sind, gibt es eine hohe Kompatibilität der Prozesse für Batterie, Sensoren und Verbindungstechnologie, wodurch ein erhöhter Integrationsgrad erreichbar ist und Kosten gesenkt werden können.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-43173.html