Forschungsergebnisse über einkristallines Silizium als Speicher-Bestandteil
In der Mikroelektronik weiß man: 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. Die Minibatterie ist leistungsstark und einfachst herstellbar. Das ist in dieser Dimension weltweit noch niemandem gelungen. Der Vorteil: Mikrochips mit Batterie können autark und vielfältig eingesetzt werden. Die Ergebnisse seiner wissenschaftlichen Arbeit hat Sternad am 29.11.2021 auf der Internetseite der THD und in Advanced Material Technologies open access veröffentlicht.
Mini-Batterie für Chip – Foto © th-deg.de, lunghammer.at, CC BY 4.0
Als Ergebnis mehrjähriger Grundlagenforschung, die Michael Sternad an der TU Graz begonnen hat, zeigt er auf, wie monokristallines Silizium, das Material eines Mikrochips, als Batterie-Elektrode nutzbar gemacht werden kann. „Der Mikrochip beherbergt dann nicht nur die Elektronik, sondern ist gleichzeitig Teil einer Mini-Batterie“, sagt 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. 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“, sagt Sternad.
Und die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Sie können extrem winzig, nämlich bis 0,1 mal 0,1 Millimeter, 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. Eine besonders hohe Nachfrage kommt aus der Flugzeugindustrie. Denn energieautarke Sensoren sparen in Flugzeugen ganz einfach Gewicht, weil die Verkabelung wegfällt. Es gibt aber noch viele weitere Anwendungsbeispiele, wie die Überwachung von Blutkonserven, fieberdetektierende Pflaster oder im Automobilbereich. Über die Forschungsarbeit von Michael Sternad können Interessierte im renommierten Journal „Advanced Material Technologies“ nachlesen.
->Quellen:
- th-deg.de/Presseartikel?id=1722880
- Michael Sternad, Georg Hirtler, Michael Sorger, Daniel Knez, Kamil Karlovsky, Magdalena Forster, H. Martin R. Wilkening: A Lithium-Silicon Microbattery with Anode and Housing Directly Made from Semiconductor Grade Monocrystalline Si, in: Advanced Materials Technologies, First published: 22 October 2021, Open Access, https://doi.org/10.1002/admt.202100405, CC BY 4.0