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Energiespeicher Forscher entwickeln auf einem Wafer integrierte Mikroakkus

Von Sandro Kipar 1 min Lesedauer

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SIKO GmbH
FAULHABER Antriebssysteme
a.b.jödden gmbh

Mit dem Projekt sollen die Nachteile einer Lithium-Ionen-Flüssigbatterie beseitigt werden. Profitieren sollen davon kleinste elektronische Komponente.

Modellhafte Darstellung einer auf einem Silicium-Wafer integrierten Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie als Energieversorger.(Bild: B.Schröder / HZDR)
Modellhafte Darstellung einer auf einem Silicium-Wafer integrierten Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie als Energieversorger.
(Bild: B.Schröder / HZDR)

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hat erste Einblicke in seine Arbeit an an einer neuartigen, direkt auf einem Siliciumwafer integrierbaren Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie gewährt. Laut einer Mitteilung will das HZDR gemeinsam mit seinen Partnern kleinste elektronische Komponenten wie Sensorchips, Wearables oder medizinische Implantate so mit Strom versorgen.

Die Forscher setzen dabei auf neuartige Kernkomponenten des Mikroakkus: eine Kupfer-Silicid-Anode mit dreidimensionaler Struktur, die besonders stabile Lade- und Entlade-Zyklen und im Vergleich zu herkömmlichen Mikrobatterien deutlich höhere Kapazitäten ermöglicht, sowie ein Festkörperelektrolyt aus einem hybriden Keramik-Polymer.

Das neue Konzept soll gleich mehrere Vorteile bieten. Der Verzicht auf eine reine Lithium-Elektrode verhindert etwa eine frühzeitige Ausbildung von Dendriten, so die Forscher. Dabei handelt es sich um bäumchenartige Strukturen, die als Folge von Kristallisationsprozessen an der Grenzfläche zum Elektrolyten entstehen und eine Leistungseinbuße des Elektrodenmaterials zur Folge haben. Darüber hinaus soll eine kobaltfreie Kathode aus Lithiumeisenphosphat eine frühzeitige Verringerung der Speicherkapazität verhindern.

Kapazität um das Fünffache gesteigert

Im Projekt selbst kümmert sich das HZDR-Team um das Anodenmaterial. Die Forscher konnten mit einer Kupfer-Silicid-Anode die Kapazität um das Fünffache steigern und die Energiedichte der Batteriezelle um 40 Prozent erhöhen. Das Team des Fraunhofer IZM-ASSID konnte Lithium-Ionen-Mikrobatterien mittels Silicium-Wafer-Technologien entwickeln und in Kleinserien für Industriekunden herstellen. Die Forscher wollen hierbei Festkörperelektrolyte verwenden, da diese neben einer vergleichsweise einfacheren Handhabung sehr geringe Grenzflächenwiderstände und eine hohe Zyklenfestigkeit aufweisen.

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