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Energie für IoT

Kleine Li-Ionen-Akkus

12. Mai 2017, 9:00 Uhr | Harry Schubert

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Langlebig und stark belastbar

Die Li-Ionen-Akkuzelle mit der Bezeichnung UMAL (Bild 1) von Murata hat eine Kapazität von 12 mAh und kann einen maximalen Entladestrom von 120 mA liefern. Sie wurde speziell dafür entwickelt, schnell auf wechselnde Lastbedingungen reagieren zu können, wie sie in Funksensorknoten typisch sind – vor allem wenn sie energieautark per Mikrogenerator (Energy Harvester) versorgt werden. Durch den Einsatz dieses Akkus kann auf einen Kondensator als Quelle und Senke für Stromspitzen verzichtet werden. Neben Energy-Harvesting-Anwendungen eignet sich die neue Flachzelle von Murata auch für Mini-Mobilgeräte, PC-Zubehör und Wearables, die dank des hohen Ladestroms von 10 C sehr schnell geladen werden können. Aufgrund der hohen Zyklenzahl – Murata nennt in den technischen Daten, dass die UMAL-Zelle nach 5000 Lade-/Entladezyklen noch 90 Prozent ihrer Nennkapazität hat – eignet sich die Zelle auch zum Puffern der Spannungsversorgung von Datenspeichern.

Der 2 × 14 × 21 mm3 große Energiespeicher mit einem Innenwiderstand von 200 mΩ kann bei Temperaturen von –20 °C bis +70 °C eingesetzt werden. Er hat eine nominelle Ladespannung von 2,7 V und basiert auf chemisch stabilen Materialien, sodass auch bei kurzgeschlossenen Ausgangsanschlüssen kein Brand- oder Rauchbildungs-Risiko besteht. Die flache Zellen-Bauform (UMAL) folgt auf die zylinderförmige Zelle (UMAC) mit 3 mAh, die von den Lesern der Elektronik bei den „Produkte des Jahres 2016“ auf Platz 1 in der Kategorie Stromversorgung gewählt wurde.

Biegbarer Li-Ionen-Folienakku

Nur 0,55 mm dick sind die neuen Li-Ionen-Akkuzellen von Panasonic, die sich mehr als tausendmal bis zu einem Radius von 25 mm biegen lassen sollen, ohne nennenswert Kapazität zu verlieren. Panasonic gibt an, dass in den Belastungstests nach tausendfachem Biegen oder Verdrehen (max. 25°) noch eine Kapazität von 99 Prozent der Ausgangskapazität gemessen werden konnte. Die Zellen basieren auf übereinander angeordneten Elektroden und variieren in der Fläche je nach Kapazität. Die kleinste Zelle mit der Bezeichnung GC-062939 und Abmessungen von 28,5 × 39 mm2 hat eine Kapazität von 17,5 mAh bei einer Masse von 0,7 g. Die nächst größere Zelle (GC-063555) mit 35 × 55 mm2 erreicht 40 mAh mit 1,4 g Masse und die größte Zelle (GC-064065) mit 40 × 65 mm2 hat eine Kapazität von 60 mAh und eine Masse von 1,9 g.

Alle haben eine Nennspannung von 3,8 V und können maximal mit 4,35 V und einer Ladestromstärke von 1 C geladen werden. Ihr interner Aufbau sorgt zusammen mit der laminierten Außenschicht dafür, dass die Zelle auch bei wiederholtem Biegen und Verdrehen nicht überhitzen kann oder die Hülle beschädigt wird. Dank dieser sicheren Konstruktion sollen sich die dünnen und biegbaren Li-Ionen-Akkuzellen für Anwendungen eignen, die direkt am Körper getragen werden – z.B. Fitnessarmbänder, Smart Watches oder in Kleidung eingebettete Elektronik. In Zyklentests – Laden und Entladen mit 1 C – zeigte die kleinste Folienzelle CG-062939 nach wenigen Zyklen einen nahezu linear verlaufenden Kapazitätsverlust, der dazu führt, dass nach 1000 Zyklen inkl. 1000-fachem Biegen oder Verdrehen eine Restkapazität von 80 Prozent vorhanden ist. Ohne die zusätzliche mechanische Belastung liegt die Restkapazität des Li-Ionen-Folienakkus nur um ca. 1 Prozentpunkt höher. Panasonic hat die dünnen Li-Ionen-Akkus zwar auf der Electronica 2016 vorgestellt, sie sollen aber erst 2018 in Serie produziert werden.