Forschende aus Chemnitz, Dresden und Changchun haben gemeinsam den kleinsten Akku der Welt entwickelt. Die neu entwickelte Batterie könne Computer in Staubkorngröße zehn Stunden lang antreiben, so der Entwickler:innen.
Wissenschaftler:innen der Technischen Universität Chemnitz (TU Chemnitz) haben gemeinsam mit Forschenden des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung in Dresden (IFW Dresden) den kleinsten Akku der Welt entwickelt. Am Projekt beteiligt waren zudem Wissenschaftler:innen des Changchun Instituts für Angewandte Chemie.
Im Wissenschafts-Journal Advanced Energy Materials haben die Forschenden aus Sachsen und China ihren Akku vorgestellt.
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„Fortschritte in der Mikroelektronik haben den Einsatz von miniaturisierten Computern für autonome Intelligenz in der Größe eines Staubpartikels von weniger als einem Quadratmillimeter Durchmesser und einer Dicke von einigen hundert Mikrometern ermöglicht, wodurch eine Umgebung für allgegenwärtiges Computing geschaffen wurde“, schreiben die Forschenden in ihrem Artikel.
Bisher existierten zwar mikroelektrische Geräte, die passende Batterie in dieser Größe gab es allerdings noch nicht. „Im Extremfall verlangen winzige sowie smarte mikroelektronische Geräte sogenannte Smart-Dust-Anwendungen“, berichtet die TU Chemnitz in einer offiziellen Pressemitteilung. Das seien Systeme im Submillimeter-Bereich – also kleiner als ein Staubkorn.
Nun haben die Forschenden nach eigenen Angaben einen Akku entwickelt, der den Größenanforderungen der bisherigen Mikroelektronik entspräche.
Kleinster Akku nach Tesla-Vorbild
Bisher wurden Geräte im Submillimeter-Bereich durch sogenannte Harvesting-Verfahren betrieben. Dabei wurde beispielsweise in Elektrizität umgewandelte Wärme zum Antrieb verwendet. Alternativ kommen in solchen Fällen kleine Photovoltaik- und Solarzellen zum Einsatz.
Der kleine Akku der TU Chemnitz soll nun allerdings die Lösung für Geräte sein, bei denen die genannten Methoden nicht anwendbar sind. Beispiele dafür seien winzige Sensoren und Aktuatoren im menschlichen Körper. Das ist unter anderem bei Hirn- oder Herzschrittmachern sowie kleinen Implantaten der Fall, erklärt der MDR.
Um einen derart kleinen Akku herzustellen haben sich die Wissenschaftler:innen Inspiration bei Elektroauto-Hersteller Tesla geholt. Das Unternehmen nutzt das sogenannte „Swiss-Roll-Verfahren“ für die Herstellung von Akkus für Elektrofahrzeuge.
Mini-Batterie bietet Power für etwa zehn Stunden
Die Wissenschaftler:innen der TU Chemnitz haben diese Technik nun auf eine Mikroskala übersetzt. Bei dieser Technik, auch „Mikro-Origami-Verfahren“ genannt, kommen gestapelte Dünnschichten, Elektrodensäulen oder ineinandergreifende Mikroelektroden zum Einsatz.
Durch das Mikro-Origami-Verfahren waren die Wissenschaftler:innen in der Lage, mit dem neuen Mini-Akku weniger als einen Quadratmillimeter Platz in Anspruch zu nehmen, jedoch eine Mindest-Energiedichte von 100 Mikrowattstunden zu erreichen.
Der Prototyp des kleinsten Akkus der Welt kann den Forschenden zufolge nun die weltweit kleinsten Computerchips für etwa zehn Stunden mit Energie versorgen.
Kleiner Akku birgt großes Potenzial
„Unsere Ergebnisse zeigen eine ermutigende Energiespeicherleistung im Sub-Quadratmillimeter-Maßstab“, heißt es in der Pressemitteilung. Der winzige Akku habe großes Potenzial für zukünftige mikro- und nanoelektronische Sensorik und Aktorik in Bereichen wie der miniaturisierten medizinischen Implantation, Mikrorobotik sowie ultraflexibler Eletronik.
Obwohl der weltweit kleinste Akku aus Sachsen ein großer Schritt im Bereich der Herstellung von Batterien im Mikromaßstab ist, wissen auch die beteiligten Wissenschaftler:innen, dass es noch riesige Optimierungsmöglichkeiten für die klitzekleine Technik gibt.
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