Ziel der Entwicklung
Ziel des Projektes war die Entwicklung eines festen Polymerelektrolyts für „Smart Windows“, elektrochrome (EC) Displays, EC-Transistoren sowie Lithium-Batterien mit Blick auf die Rolle-zu-Rolle-Technologie. Entsprechend des aktuellen Trends im Elektronik- und Displaybereich zu leichten, flexiblen und kostengünstig hergestellten Produkten war das großflächige homogene Aufbringen der dünnen Elektrolytschichten mittels kontinuierlicher Beschichtungsanlage auf flexiblen bzw. mit Funktionspolymeren beschichteten Kunststoff-Folien das weitere Ziel des Projektes. Die gezielte Vernetzung des beschichteten Elektrolytfilms zu einer dünnen Folie war ein weiterer Schwerpunkt, um eine Formerhaltung sowie ausreichende mechanische Stabilität zu verleihen, ohne die Leistungsmerkmale der Elektrolyte sowie gewisse Flexibilität und Elastizität zu verringern.
Vorteile und Lösungen
Die Optimierung der Elektrolytformulierungen fand durch Variation des Li-Salzes, des Vernetzungsmittels, der Thermo-/Photoinitiatoren und der ionischen Flüssigkeiten zielgerichtet auf die erforderlichen optischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften statt. Derartige Elektrolytschichten wurden durch vernetzende Polymerisation in Gegenwart von geeigneten Monomeren und UV- oder Thermoinitiatoren zu einer festen und flexiblen Folie prozessiert und umfangreich charakterisiert (Abbildung 1). Die besten Elektrolytfilme besitzen eine elektrische Leitfähigkeit von 2,2 mS/cm, sind farblos mit einer Transmission von mehr als 85 Prozent im visuellen Wellenlängenbereich von 360 nm bis 720 nm und zeigen gute Haze-Werte unter 2 für die Applikation in „smart windows“. Weiterhin fand die Filmherstellung des Elektrolyten auf ITO-Folien sowie auf EC-Polymer beschichteten ITO-Folien mittels Linearbeschichtungsanlage sowie „Rolle-zu-Rolle“-Maschine durch Variation verschiedener Beschichtungsparameter wie Beschichtungsgeschwindigkeit, Schichtdicke, Temperaturregime statt (Abbildung 2). Dabei konnten homogene Schichten mit Schichtdicken von 50 µm bis 100 µm erreicht werden. Schließlich wurden Elektrolyte mittels optischer, elektrischer, mechanischer Messungen charakterisiert sowie unter Thermo- und Klimabelastungen sowie Xenontest, gegebenfalls in einem komplettierten EC-Display, bewertet.
Zielgruppe und Zielmarkt
Durch die hohe Relevanz der flexiblen Elektronik in für Deutschland und Europa wichtigen Zukunftsfeldern wie Automotive, Life Science und Erneuerbare Energien ist in den kommenden Jahren mit einer weiteren Zunahme des Einsatzes polymerer Festelektrolyte zu rechnen, welche eine entscheidende Verbesserung hinsichtlich des Sicherheitsaspekts, der Leistung aber auch technologische Vorteile versprechen. Leichte und flexible Displays, „intelligente“ Verpackungen, Smartcards mit Sensorik-Funktionen – all diese Produkte ermöglichen innovative Designs und Anwendungen und somit die Schaffung neuer Märkte.
