Batterien und Akkumulatoren in SMD-Technologie kommen in verschiedenen Technologien zum Einsatz und sind mit unterschiedlichen Kapazitäten aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Das IoT mit all seinen Facetten wird künftig milliardenfach spezielle Stromversorgungen benötigen, die auf den geringen Leistungsbedarf neuer Ultra-Low-Power-Halbleiter und Sensoren zugeschnitten sind. Diese Geräte müssen mittels Energy-Harvesting-Technologien über Jahre hinweg unabhängig von externen Stromversorgungen funktionieren.

Bild 1: Schnittbild durch den Ceracharge: Statt eines flüssigen Elektrolyten kommt ein keramischer Festkörper-Elektrolyt zum Einsatz.

Bild 1: Schnittbild durch den Ceracharge: Statt eines flüssigen Elektrolyten kommt ein keramischer Festkörper-Elektrolyt zum Einsatz. TDK Electronics

Die Anforderungen an elektrische Speichermedien sind:

  • geringe Baugröße
  • Wiederaufladbarkeit
  • Eigensicherheit
  • einfache Bestückbarkeit
  • geringe Kosten
  • lange Lebensdauer

Eckdaten

Mit dem Festkörper-Akkumulator  Ceracharge von TDK lassen sich verschiedene IoT-Anwendungen wie etwa Real-Time-Clocks oder BLE-Beacons mit Strom versorgen. Die Besonderheit bei dieser Komponente ist seine Bauweise in SMD-Technologie. Weitere Eigenschaften zeigt und erklärt dieser Artikel.

Mit den gängigen Technologien lassen sich diese Forderungen nicht alle gleichzeitig realisieren. Für einige dieser Applikationen bietet jetzt der Ceracharge einen Ausweg aus diesem Dilemma. Denn hierbei handelt es sich um einen Solid-State-Akkumulator ohne flüssige Elektrolyte, durch die Lithium-Ionen bei der Ladung oder Entladung wandern. Stattdessen basiert die Lösung auf einer Vielschicht-Technologie, ähnlich wie Keramik-Kondensatoren (Bild 1).

Bild 2: Typische Entlade-Charakteristik des Ceracharge.

Bild 2: Typische Entlade-Charakteristik des Ceracharge. TDK Electronics

Diese Technologie kombiniert eine relativ hohe Energiedichte auf kleinstem Raum mit der Prozesssicherheit bei der Herstellung von Vielschichtbauelementen. Zudem ist durch die Verwendung eines keramischen Festkörpers als Elektrolyt die Gefahr von Brand, Explosion oder des Auslaufens von Elektrolytflüssigkeit ausgeschlossen.

Einfache Prozesse dank SMD-Ausführung

Ceracharge ist der weltweit erste Akkumulator in SMD-Ausführung. Daraus ergeben sich weitere Vorteile wie einfache Bestückbarkeit und der Einsatz üblicher Reflow-Lötprozesse, was wiederum die Produktionskosten des Endgeräts senkt. Verfügbar ist die Komponente zunächst in der Baugröße EIA 1812 (4,5 × 3,2 × 1,1 mm3). Dabei bietet er eine Kapazität von 100 µAh bei einer Nennspannung von 1,4 V und einem Anfangsinnenwiderstand von < 200 Ω. Tabelle 1 zeigt die wichtigsten technischen Daten.

Bild 3: Typische Temperatur-Charakteristik von Ceracharge.

Bild 3: Typische Temperatur-Charakteristik. TDK Electronics

Die typische Entlade-Charakteristik ist in Bild 2 dargestellt. Der Nenn-Entladestrom beträgt 20 µA, wobei die Technologie eine Dauerentladung von 1 mA unterstützt.

Verglichen mit konventionellen Akkumulatoren oder Batterien bietet Ceracharge einen sehr großen Temperaturbereich von -20 °C bis +80 °C. Damit eignet er sich zum Beispiel auch für Einsätze im Außenbereich wie etwa in Wetterstationen. Die typische Temperatur-Charakteristik bei einem konstanten Entladestrom von 20 µA ist in Bild 3 dargestellt.

Je nach Anforderung bewältigt der Akkumulator ohne große Einbußen bei den elektrischen Parametern etliche Dutzend bis 1000 Lade-/Entladezyklen. Bild 4 zeigt die typische Zyklus-Charakteristik beim Laden mit einer konstanten Spannung von 1,6 V für 3 h und beim Entladen mit einem konstanten Strom von 20 µA.

Bild 4: Typische Zyklus-Charakteristik des SMD-Akkus.

Bild 4: Typische Zyklus-Charakteristik des SMD-Akkus. TDK Electronics

Kurzfristig kann der Ceracharge etwa bei einem gepulsten Betrieb, wie zum Beispiel zur Versorgung eines Bluetooth-Moduls beim Senden, auch Ströme in einer Größenordnung von etwa 3 mA/s liefern.

Potenzielle Einsatzmöglichkeiten für den Solid-State-Akkumulator Ceracharge finden Sie auf der folgenden Seite.

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