Flussbatterie: Akku und Kühltürmchen in einem

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Elektronik rückt immer näher zusammen. Damit es da nicht zu heiß wird, liefert eine Flüssigbatterie neben Strom auch die ersehnte Kühlung.

Mit einer 1,5 Millimeter dünnen Flussbatterie von der ETH Zürich und dem IBM Research könnten künftig Computerchip-Stapel mit Energie versorgt und gleichzeitig gekühlt werden. Diese Batterien gewinnen Strom durch eine elektrochemische Reaktion von zwei flüssigen Elektrolyten, die von außen über einen Leitungskreislauf in die Batterie-Zelle gepumpt werden.

Da sich beide Flüssigkeiten sowohl als Elektrolyte als auch als Kühlmittel eignen, läßt sich über den selben Kreislauf ebenso überschüssige Wärme vom Chip-Stapel abführen. Jeweils eine Batterie zwischen zwei Computerchips reicht dafür.

Bisherige Flussbatterien finden vor allem als Großspeicher für Wind- und Solarkraftwerke Verwendung. Eine Mini-Variante, die Stromversorgung und Kühlung kombiniert, ist bislang einmalig. Und das auch noch mit einer rekordverdächtigen Leistung von 1,4 Watt pro Quadratzentimeter Batteriefläche. Zieht man davon die Leistung ab, welche benötigt wird, um die flüssigen Elektrolyte zur Batterie zu pumpen, resultiert als Nettoleistungsdichte immer noch 1 Watt pro Quadratzentimeter. Damit führen die Elektrolyte sogar ein Vielfaches der von der Batterie zugeführten Energie als Wärmeenergie ab.

Flussbatterie mit 3D-Druck

Als größte Herausforderung stellte sich die effiziente Versorgung mit Elektrolyten bei gleichzeitig geringer Pumpleistung dar. Die elektrochemischen Reaktionen in der Batterie finden in zwei dünnen und porösen Elektroden-Schichten statt, getrennt durch eine Membran. Die Forscher stellten via 3D-Druck ein Polymer-Kanalsystem her, das die Elektrolytflüssigkeit möglichst effizient in die poröse Elektrodenschicht presst.

Trotz hoher Leistungsdichte reicht der produzierte Strom der Batterie aber noch nicht aus, um einen Computerchip zu betreiben. Zukünftige Optimierungen sollen dann aber zusätzliche Anwendungfelder wie etwa den Laser- oder Solar-Bereich erschließen.

Flussbatterie (Bild: ETH Zürich).

Flussbatterien versorgen dreidimensionale, gestapelte Chips mit Energie und kühlen sie gleichzeitig. (Bild: ETH Zürich).