ExFolia - Leistungsstarke, gedruckte & recyclebare Batterien aus Blättern

Laufzeit: 01.06.2024 - 30.11.2025

Fördersumme: 248.668,98€

Geldgeber: SAB / EFRE

Kurzbeschreibung:

Die rasante Entwicklung der Elektronik in den letzten 50 Jahren bildet die Grundlage für die digitale Transformation unserer Lebens- und Arbeitswelt sowie das globale Wirtschaftswachstum. Insbesondere ist die Elektronik ein wichtiger Wirtschaftsfaktor in Sachsen, dessen Bedeutung in Zukunft weiter zunehmen wird. Allerdings ist die Elektronikbranche auch ein Sinnbild für nicht-nachhaltiges Wirtschaften: Umweltbelastungen durch schädliche Abbaumethoden, umweltgefährdende Herstellungsprozesse und das rapide Anwachsen von Elektroschrott sind große Herausforderungen. Diese Problematik wird durch neue Anwendungen, wie das Internet der Dinge (IoT), noch verstärkt.

Eine Schlüsseltechnologie für nachhaltige IoT-Schaltkreise, wie energieautarke Sensoren und Kommunikationssysteme, sind wiederaufladbare, recyclebare Dünnschichtbatterien. Ohne solche Batterien ist es unmöglich, IoT-Komponenten in einen nachhaltigen Lebenszyklus zu integrieren. Diese Batterien stellen daher eine zentrale Zukunftstechnologie der Elektronikbranche dar.

Am Institut für Angewandte Photophysik (IAPP) der TU Dresden entwickeln wir seit Jahren innovative Materialien und Prozesse zur Steigerung der Ressourceneffizienz in der Elektronik. Ein Schwerpunkt liegt auf Substratmaterialien aus Blattskeletten, die aus der Natur gewonnen und vollständig kompostiert werden können. Auf diesen Blättern konnten wir funktionale Schaltkreise herstellen, zerlegen und recyceln. Zudem wurden erste Prototypen von Dünnschichtbatterien auf Blatt-Substraten erfolgreich entwickelt.

Im ExFolia-Projekt zielt unsere Forschung auf die Herstellung und Optimierung gedruckter, wiederaufladbarer Dünnschichtbatterien auf Basis von funktionalisierten Blattmembranen. Das Blatt dient dabei nicht nur als Substrat, sondern auch als ionenselektive Membran, wodurch die Energiedichte und Stabilität der Batterien erhöht werden. Unser Ziel ist es, Batterien mit einer Spannung von >3,7V, einer Kapazität von 80mAh und einer Lebensdauer von mehr als 100 Ladezyklen zu entwickeln. Zudem wird ein Recycling-Protokoll erstellt, das die Kompostierbarkeit aller Komponenten nachweist.

Dieses Projekt richtet sich an den wachsenden Dünnschichtbatterie-Markt, der bis 2031 auf 1,8 Milliarden US-Dollar anwachsen soll. Mit unserer Innovation wollen wir die erste vollständig nachhaltige Batterie vorstellen, die kostengünstiger und umweltfreundlicher ist als bisherige Alternativen.