Bildlicher Vergleich der Mikrobatterie mit einem Salzkorn.
IFW Dresden/TU Chemnitz

Mikroelektronik
Wie klein eine Batterie sein kann

Forschende der TU Chemnitz haben eine Batterie in Salzkorngröße entwickelt. Sie zeigt, was in der Mikroelektronik möglich ist.

21.02.2022

Forschende an der TU Chemnitz haben die nach eigenen Angaben kleinste Batterie der Welt entwickelt. Der Prototyp sei kleiner als ein Salzkorn, teilte die TU am Samstag mit. Eingesetzt werden könne die Batterie bei mikroelektronischen Geräten wie in Körpern eingesetzte Sensoren. Ebenfalls an der Entwicklung beteiligt waren Forscher des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden sowie des Changchun Instituts für Angewandte Chemie.

Der Trend zur Miniaturisierung setze sich bei Computern und damit auch bei Geräten wie bereits winzigen Sensoren fort. Im Extremfall würden deshalb Computer und Batterien im Submillimeter-Bereich benötigt. Bisher wurde deren Entwicklung laut TU unter anderem aufgrund des Größenunterschiedes zwischen der Mikroelektronik und der benötigten Batterie gebremst.

Herstellung der Miniaturbatterie

Das Forschungsziel sei eine Batterie gewesen, die direkt in einen Chip integriert werden kann, deutlich weniger als einen Quadratmillimeter Platz in Anspruch nimmt und eine Mindest-Energiedichte von 100 Mikrowattstunden pro Quadratzentimeter besitzt. Dazu haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler laut Mitteilung der Universität das Aufwickeln von Leiter- und Elektrodenbändern auf die Mikroskala übertragen. Das Verfahren nutze zum Beispiel auch die Firma Tesla bei der Herstellung der Akkus für ihre E-Autos.

Durch das abwechselnde Aufbringen einiger weniger dünner Lagen aus polymerischen, metallischen und dielektrischen Materialien auf einer Wafer-Oberfläche entstehe ein unter Spannung stehendes Schichtsystem. Diese mechanische Verspannung könne durch das gezielte Ablösen der dünnen Lagen freigesetzt werden, sodass sich die Schichten von selbst aufrollten und keine externen Kräfte aufgewendet würden, um die gewickelten Batterien zu erzeugen. Das Verfahren sei kompatibel mit etablierten Methoden der Chip-Industrie und daher in der Lage, Batterien mit hohem Durchsatz auf einer Wafer-Oberfläche zu erzeugen.

Mit ihrem Prototyp zeigen die Forschenden laut Mitteilung, wie Anwendungen im Submillimeter-Bereich realisierbar sind. Die entwickelten aufladbaren Mikrobatterien könnten die weltweit kleinsten Computerchips für etwa zehn Stunden mit Energie versorgen – zum Beispiel um die lokale Umgebungstemperatur kontinuierlich zu messen. "Unsere Ergebnisse zeigen eine ermutigende Energiespeicherleistung im Sub-Quadratmillimeter-Maßstab", sagte Dr. Minshen Zhu von der Forschungsgruppe. Laut dessen Kollegen Professor Dr. Oliver G. Schmidt gibt es für diese Technologie jedoch noch ein riesiges Optimierungspotenzial, sodass "in Zukunft noch mit deutlich stärkeren Mikro-Akkus zu rechnen ist." Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal "Advanced Energy Materials" veröffentlicht.

dpa/cpy