„Würde man eine handelsübliche Batterie aufschneiden, so könnte man sehen, dass diese aus aufgewickelten Schichten besteht", sagt Professor Schmidt, Inhaber der Professur Materialsysteme der Nanoelektronik an der Technischen Universität Chemnitz, und erklärt: „Dadurch lassen sich bisher Batterien nur begrenzt verkleinern, denn das Aufwickeln der Lagen funktioniert lediglich auf makroskopischer Ebene.“ Seine Forschergruppe an hat nun aber eine Lösung entwickelt, diese Begrenzung in der Miniaturisierung aufzuheben.

Durch das abwechselnde Aufbringen von dünnen Lagen aus metallischen und dielektrischen Materialien auf einer flachen Unterlage entsteht ein Schichtsystem, das in sich hoch verspannt ist. Diese mechanische Verspannung kann durch das gezielte Ablösen der dünnen Lagen freigesetzt werden, sodass sich die Schichten von selbst zu einem ultrakompakten Energiespeicher aufrollen. „Dadurch lassen sich extrem kompakte Energieeinheiten fertigen, die eine enorme Energie pro Fläche auf einem Chip speichern können, mehr als zweimal so groß wie mit herkömmlichen Technologien“, schätzt Schmidt ein: „Und das Beste ist: Der Herstellungsprozess ist extrem einfach und funktioniert fast von selbst. Hier wird in schönster Weise die sogenannte Selbstorganisation mit produktionsreifen Technologien verbunden.“

„Wir verwenden dafür hybride Materialien", berichtet Doktor Carlos Cesar Bof Bufon von der Chemnitzer Forschergruppe – es können also unterschiedliche Werkstoffe verbunden werden, etwa Metalle und Isolatoren, aber auch organische Stoffe wie Polymere oder ultradünne Moleküllagen. „Dadurch steigt die Leistungsfähigkeit enorm“, erklärt Bof Bufon. „Die Energiespeicher können deshalb auch bei Anwendungen eingesetzt werden, wo schnell viel Leistung gefragt ist, etwa für winzige Elektromotoren.“

Verwendet werden könnten die Mini-Batterien auch für die lokale Energieversorgung von Silizium-Chips oder für den Antrieb von autonomen Systemen, wie kleinen Robotern. Bis zur Anwendungsreife seien es noch rund fünf Jahre, schätzt der Wissenschaftler. Ideen für die Weiterentwicklung bestehen auch bereits: So könnte ein Draht direkt als Spule mit in den Energiespeicher eingewickelt werden, sodass ein miniaturisierter Schwingkreis entsteht.


COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität Chemnitz