CeraCharge von TDK Keramischer Solid-State-Lithium-Ionen-Akku

Mit CeraCharge hat TDK einen Solid-State-Akkumulator in SMD-Technologie entwickelt.
Mit CeraCharge hat TDK einen Solid-State-Akkumulator in SMD-Technologie entwickelt.

Mit CeraCharge hat TDK den nach eigener Aussage weltweit ersten oberflächenmontierbaren Solid-State-Lithium-Ionen-Akku vorgestellt. Er basiert auf einer Vielschichttechnologie, ähnlich wie Keramikkondensatoren. Der erste Vertreter in der Baugröße EIA 1812 hat eine Kapazität von 100 µAh bei 1,4 V.

Ob einfache Gadgets oder komplexe industrielle IoT-Geräte – eine platzsparende, zuverlässige wie auch äußerst sichere Stromversorgung benötigen sie alle. Im Gegensatz zu den meisten gängigen Technologien handelt es sich bei CeraCharge von TDK um einen Solid-State-Akku ohne flüssige Elektrolyte. Ähnlich wie Keramikkondensatoren basiert er auf einer Vielschichttechnologie und vereint eine relativ hohe Energiedichte auf kleinem Raum mit der Prozesssicherheit bei der Herstellung von Vielschichtbauelementen. Die Verwendung eines keramischen Festkörpers als Elektrolyt schließt zudem die Gefahr von Brand, Explosion oder des Auslaufens von Elektrolytflüssigkeit aus.

Dabei bietet er eine Kapazität von 100 μAh bei einer Nennspannung von 1,4 V und einem Innenwiderstand von 200 Ω. Kurzfristig können etwa bei einem gepulsten Betrieb – zum Beispiel zur Versorgung eines Bluetooth-Moduls beim Senden – auch Ströme in einer Größe von etwa 2 mA entnommen werden. Je nach Anforderung können ohne große Einbußen bei den elektrischen Parametern, das heißt bis zu 80 Prozent der Ursprungswerte, etliche Dutzend bis 1000 Lade-/Entladezyklen bewältigt werden. Aufgrund der SMD-Technologie lässt sich der Akku einfach bestücken und in Reflow-Lötprozessen verarbeiten, was wiederum die Produktionskosten des Endgeräts senkt.

Zur Erhöhung von Kapazität und Spannung können einzelne CeraCharge Chips beliebig in Serie und parallel geschaltet werden, wodurch sich ihnen ein sehr breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten eröffnet – besonders in IoT-Anwendungen. Dazu zählen zum Beispiel Real Time Clocks, Bluetooth Beacons, Wearables oder Energy Harvesting. Verglichen mit konventionellen Akkus oder Batterien bietet CeraCharge einen großen Temperaturbereich von -20 °C bis zu +80 °C. Damit eignet er sich zum Beispiel auch für Einsätze im Außenbereich, etwa in Wetterstationen.

Neben der momentan verfügbaren SMD-Variante in der Baugröße EIA 1812 wird TDK künftig auch CeraCharge Typen in anderen Baugrößen wie zum Beispiel EIA 0603 und Kapazitäten entwickeln, um ein noch breiteres Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten abzudecken.