Energie für IoT Kleine Li-Ionen-Akkus

Entwicklungstrends bei Li-Ionen-Akkus
Kleiner, leichter, langlebiger - Li-Ionen-Akkus für IoT-Garäte

Der Entwicklungstrend bei Li-Ionen-Akkus scheint nur ein Ziel zu kennen: Größe. Leicht übersehen werden dabei die Fortschritte, die durch Miniaturisierung von Akkuzellen möglich geworden sind – Fortschritte, ohne die viele der prophezeiten IoT-Applikationen nicht realisiert werden können.

Weltweit arbeiten Forscher aus Universitäten und von den Herstellern an der Weiterentwicklung von Li-Ionen-Akkuzellen. Sogar die Massenmedien greifen Nachrichten zu neuen Li-Ionen-Akkus auf, wenn es um deren Einsatz in Elektroautomobilen geht. Andere Anwendungsbereiche stehen nicht im öffentlichen Interesse – sofern es keine Schreckensmeldungen zu berichten gibt, wie zuletzt bei brennenden Smartphone-Akkus. Doch auch für andere Branchen und deren mobil oder autark betriebene Geräte sind Li-Ionen-Akkuzellen inzwischen eine Schlüsselkomponente, ohne die sich weder das Produkt noch die Anwendung realisieren lässt. Beispiele hierfür sind Fitnessarmbänder, Smart Wat-ches und andere sogenannte Wearables, Funksensoren und industrielle Funk-IoT-Anwendungen. Für diese Geräte werden Li-Ionen-Akkuzellen benötigt, an die spezielle Anforderungen gestellt werden – Anforderungen, die zum Teil wesentlich höher sind als bei Zellen, die in Smartphones oder Automobilen eingebaut werden.

Kleinere Zellen – höhere Anforderungen

Li-Ionen-Zellen für Wearables oder industrielle IoT-Geräte z.B. müssen nicht nur winzig im Vergleich zu einer Elektromobil-Akkuzelle sein, sie müssen auch eine höhere Lebensdauer und Zyklenfestigkeit haben. Für die üblicherweise kalkulierte Lebensdauer eines Automobils mit 15 Jahren und 300.000 km genügt eine Zyklenzahl von weniger als 2000. Dem S-Modell von Tesla würden sogar rund 600 Zyklen ausreichen. In energieautarken Funksensoren, die z.B. tagsüber per Energy Harvesting elektrische Energie mittels Solarzellen gewinnen und in einem Li-Ionen-Akku für die Nacht speichern, werden vergleichbare Zyklenzahlen bereits nach zwei Jahren erreicht. Um Masse und Bauvolumen zu sparen, sind sogar IoT-Geräte vorstellbar, deren Akku an einem Tag mehrmals vollständig ge- und entladen wird.

Anders als bei den klassischen 18650-Rundzellen, die es entweder in einer Bauart für hohe Energiedichte oder für hohe Leistungsabgabe gibt, müssen die kleinen Li-Ionen-Akkuzellen für IoT-Geräte beide Anforderungen erfüllen können. Sie müssen eine hohe Energiedichte haben, um die Geräte möglichst klein und leicht bauen zu können, und sie müssen auch schnell höhere Stromstärken liefern bzw. zum Laden aufnehmen können. Sonst müsste ein zweiter Energiespeicher, z.B. ein Superkondensator, ergänzt werden, was nicht nur den Aufwand und die Kosten erhöht, sondern auch ein größeres Bauvolumen und eine höhere Gesamtmasse mit sich bringt.

Kleine Li-Ionen-Akkuzellen für IoT-Geräte werden von den Herstellern in unterschiedlichen Bauformen angeboten: flach und rechteckig, in Zylinderform, als Knopfzelle oder als dünne Folie. Hier ein paar Beispiele.