Das Fraunhofer IZM koordiniert das unlängst gestartete MATFLEXEND Projekt in welchem miniaturisierte Energiewandler und Speicher auf der Basis neuer Polymerwerkstoffe und kostengünstiger Herstellungsverfahren wie Drucktechnologien entwickelt werden.

Erste Ergebnisse werden auf der IDTechEx Konferenz “Energy Harvesting & Storage 2014” vom 1. bis 2. April in Berlin vorgestellt.

Anwendungsbereich und Technologie

Die Energiegewinnung aus der Umwelt für energieautarke Mikrosysteme ist ein hochaktuelles Thema. Die Arbeiten in MATFLEXEND sind dabei vor allem auf intelligente Textilien gerichtet, wozu medizinische Anwendungen wie z.B. am Körper getragene flexible Sensoren gehören, aber auch massenmarktfähige Lifestyle-Apps für Sport und Freizeit. In Zukunft soll die flexible Energieversorgungsplattform auch für „Internet of Things“-Anwendungen nutzbar werden.

Die neuen Energiegewinnungssysteme werden für niederfrequent variierende und eher schwache Kräfte ausgelegt sein, die in derartigen Anwendungen auftreten. Insbesondere wird damit eine mechanische Impedanzanpassung an am Körper tragbare Systeme möglich.

Weitere relevante Anwendungen sind mit Sensoren versehene Berufskleidung, multifunktionale  Smartcards und technische Textilien, bei denen eine Verkabelung unerwünscht oder nicht praktikabel ist.

Zur Wandlung mechanischer in elektrische Energie wird ein kapazitives Harvester-Prinzip verwendet. Im Unterschied zu den durch MEMS-Technologie bisher entwickelten Parallelplatten-Anordnungen, bei denen sich die Kapazität durch Variation des Plattenabstands bzw. der Überlappung der Elektroden ändert, werden in MATFLEXEND mechanisch deformierbare Elektroden entwickelt. Dadurch kann ein Dielektrikum mit sehr hoher Dielektrizitätskonstante verwendet und die Energiedichte gesteigert werden.

Außerdem wird als Energiespeicher eine angepasste Lithium-Ionenbatterie entwickelt. Hier liegt der Schwerpunkt bei der Entwicklung druckbarer Elektrolyte, um kostengünstig kleine und flexible Batterien herstellen zu können.

Die anvisierten Vorteile umfassen einen verbesserten Wirkungsgrad der Energieumwandlung, bessere mechanische Flexibilität, sowie die Möglichkeit, derartige Vorrichtungen in einem In-line-Prozess nach Art eines Druckprozesses herzustellen, wodurch sich neue tragbare Anwendungen ergeben.

Herausforderungen

Die größten technischen Herausforderungen liegen im Bereich der Materialentwicklung und beinhalten innovative Dielektrika auf der Basis von Nanopartikeln, elektrisch leitfähige Elastomere mit sehr hoher Langzeitstabilität und Methoden zum Auftragen derartiger Materialien. Das Projekt wird ein neues Verfahren zur elektrophoretischen Abscheidung der Lithiumbatterie untersuchen, wobei ebenfalls neue, mit Nanofasern hergestellte Elektroden  zum Einsatz kommen.

Partner:

Imperial College, London, Technische Universität Wien, Varta Microbattery, LAAS-CNRS, Toulouse, CETEMMSA, Barcelona, SMARTEX, Italien, PARDAM, Prag, Anitra, München, Fraunhofer IZM, Berlin

MATFLEXEND läuft von Oktober 2013 bis September 2016, und wird von der EU im 7^ten Rahmenprogramm gefördert.

www.matflexend.eu