Mikrochip mit Onboard-Wunderbatterie

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Kein Alltag ohne elektronische „Gerätschaft“. Und die soll noch kleiner werden. Chips, die Teil ihrer eigenen Mini-Batterie sind, könnten dafür sorgen.

Elektronische Kleingeräte sind die treuesten Begleiter. In ihrem  Inneren überwachen, steuern und regeln integrierte Schaltkreise auf Silizium-Chips eine Unmenge an Prozessen. Eine neue Onboard-Energieversorgung soll ihr Anwendungsspektrum nun deutlich erweitern.

An der TU Graz wurde dazu erstmals einkristallines Silizium, aus dem der Mikrochip besteht, direkt als Batterieelektrode (Anode) genutzt. Damit beherbergt der Mikrochip nicht nur die Elektronik, sondern ist gleichzeitig der wesentliche Teil seiner Mini-Batterie.

Normalerweise kann man Silizium nicht ohne weiteres als Batteriekomponente verwenden, da es sich bei der Umsetzung mit Lithium stark ausdehnt, Risse bekommt und allmählich zerstört wird. Deshalb musste das dotierte Halbleitersilizium des Chips vorher mikrostrukturiert und elektrochemisch aktiviert werden.

Mini-Batterie mit Maxi-Leistung

Neben der enormen Speicherkapazität (mehr als 1000 mAh/g) und einer hohen Stromeffizienz (Coulomb Effizienz >98.8 %) der Siliziumelektrode, überraschte die Tatsache, dass die kleinen Silizium-Türme, aus denen die Anode der Lithium-Batterie besteht, mehr als 100 volle Lade- und Entladezyklen bei nur wenigen Prozent Kapazitätsverlust überstehen. Damit übertrifft die elektrochemische Lebensdauer der Batterie die durchschnittliche Einsatzdauer eines Sensors oder einer Sonde.

Die wenige Millimeter große Stromversorgung erreicht damit die Leistungsstärken der besten, heutzutage erhältlichen Li-Ionen-Batterien. Zudem könnten auf einem Halbleiter-Si-Wafer mehrere tausend Zellen zu Stückpreisen von wenigen Cent hergestellt werden.

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Mini-Batterie (Bild TU Graz)