Kleiner als ein Salzkorn: Gerollte Mikrobatterien könnten künftig Computer im Miniaturformat effektiver mit Energie versorgen. Die Akkus aus eingerollten Dünnschichtelektroden sind kleiner als ein Quadratmillimeter groß, lassen sich in Chips integrieren und haben eine Energiedichte von mehr als 100 Mikrowattstunden pro Quadratzentimeter. Diese Technologie könnte damit selbst Computer im Submillimeter-Bereich mit Strom versorgen, wie das Forschungsteam berichtet.
Die Miniaturisierung von Computern und anderer Elektronik ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass die Stromversorgung solcher Mikrosensoren, implantierbaren Minigeräte oder „Smart Dust“-Computer zum limitierenden Faktor für die weitere Miniaturisierung geworden ist. Denn gängige Akkus können nicht unbegrenzt verkleinert werden. Die bisher für den On-Chip-Betrieb ausgelegten Batterien in Form von gestapelten oder in den Halbleiter eingebrachten Dünnschichtelektroden benötigen mehr als einen Quadratmillimeter Platz und haben oft nicht genug Leistung.
Gerollt statt gestapelt
Doch es geht auch anders: Wissenschaftler unter Leitung von Oliver Schmidt von der Technischen Universität Chemnitz haben eine neue Methode ausprobiert, um Mikrobatterien für Computerchips zu erzeugen. Dafür wandelten sie eine schon vom Autobauer Tesla für seine Akkus eingesetzte Strategie ab: „Bei normalgroßen Batterie lässt sich eine hohe Leistungsdichte erreichen, indem man einen flachen Batteriestapel zu einer Rolle formt“, erklären die Forscher.
Dabei kommt das sogenannte „Swiss-Roll“ oder „Mikro-Origami-Verfahren“ zum Einsatz. Durch das abwechselnde Aufbringen einiger weniger dünner Lagen aus polymerischen, metallischen und dielektrischen Materialien auf einer Wafer-Oberfläche entsteht ein unter Spannung stehendes Schichtsystem. Wenn diese Lagen dann vom Substrat abgelöst werden, rollen sie sich von selbst zu einer Rolle zusammen.
