Mikrobatterie für Halbleiterchips Einkristallines Silizium als Batteriebestandteil

Je kleiner, effizienter und mobiler Mikrochips sind, umso vielfältiger sind die Anwendungen. Professor Michael Sternad von der Technischen Hochschule Deggendorf (THD) hat eine Möglichkeit gefunden, Mikrochips mit einer integrierten Batterie zu produzieren.

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Die Mikrobatterie: sie ist nur wenige Millimeter groß.
Die Mikrobatterie: sie ist nur wenige Millimeter groß.
(Bild: Helmut Lunghammer)

Die Minibatterie ist leistungsstark und einfachst herstellbar. Das ist nach Angaben der Entwickler in dieser Dimension weltweit bislang noch niemandem gelungen. Der Vorteil: Mikrochips mit Batterie können autark und vielfältig eingesetzt werden. Die Ergebnisse seiner wissenschaftlichen Arbeit hat Michael Sternad jetzt im renommierten Journal „Advanced Material Technologies“ veröffentlicht.

Ergebnis mehrjähriger Grundlagenforschung

Als Ergebnis mehrjähriger Grundlagenforschung zeigt Sternad auf, wie monokristallines Silizium als Batterie-Elektrode nutzbar gemacht werden kann. „Der Mikrochip beherbergt dann nicht nur die Elektronik, sondern ist gleichzeitig Teil einer Minibatterie“, erläutert Sternad. „Das Silizium als Material des Mikrochips war dabei die Herausforderung. Beim Aufladen ändert es die Struktur. Es zerspringt in unzählige Teilchen. Sternad hat sich damit beschäftigt und einen Weg gefunden, das Silizium optimal für das Aufladen vorzubereiten.“

Geringer Kapazitätsverlust von nur wenigen Prozent

Die neuen Batterien können bei einem geringen Kapazitätsverlust von nur wenigen Prozent mehrere hundert Male aufgeladen werden. „Mit dieser hohen Zahl an Wiederaufladungen ist das weltweit noch nie gelungen“, freut sich Sternad. „Und die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Sie können extrem winzig, nämlich bis zu 0,1 mm x 0,1 mm, in beinahe beliebiger Gehäuseform und extrem billig, um ein bis zwei Cent pro Stück, hergestellt werden. Die Energiedichte ist aber ähnlich hoch wie bei den besten kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien.“

Hohe Nachfrage kommt aus der Flugzeugindustrie

Eine besonders hohe Nachfrage kommt aus der Flugzeugindustrie. Energieautarke Sensoren sparen in Flugzeugen Gewicht, weil die Verkabelung wegfällt. Es gibt aber noch viele weitere Anwendungsbeispiele, wie die Überwachung von Blutkonserven, fieberdetektierende Pflaster oder im Automobilbereich.

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