Die Miniaturisierung von Computerkomponenten schreitet unaufhaltsam voran. Während Elektronik in Smartwatches, aber auch größeren Geräten wie Smartphones oder Laptops immer platzsparender gebaut wird, erreichen die Bauteile bei Implantaten und biokompatiblen Sensoren eine ganz neue Dimension. Die Miniaturchips, die teilweise kleiner als ein Staubkorn sein können, benötigen allerdings auch eine entsprechende Energieversorgung im Submillimeterbereich.

Tesla-Akku als Vorbild

Ein Forschungsteam von TU Chemnitz, IFW Dresden und des Changchun-Instituts für Angewandte Chemie haben eigenen Angaben zufolge den kleinsten Akku der Welt entwickelt, der selbst ein Reiskorn riesig aussehen lässt. Bestehende winzige Computersysteme sollen damit für etwa zehn Stunden mit Energie versorgt werden können. Der Akku, der direkt in einen Chip integriert werden kann, nimmt weniger als einen Quadratmillimeter in Anspruch und weist eine Mindestenergiedichte von 100 Mikrowattstunden pro Quadratzentimeter auf.

Um den zukunftsweisenden Akku herzustellen, hat das Forschungsteam ein etabliertes Verfahren auf die Mikroskala übertragen, das etwa Tesla im Großen bei der Herstellung seiner E-Auto-Akkus verwendet. "Durch das abwechselnde Aufbringen einiger weniger dünner Lagen aus polymerischen, metallischen und dielektrischen Materialien auf einer Wafer-Oberfläche entsteht ein unter Spannung stehendes Schichtsystem", schreibt die Universität über das Projekt.

Mit Chipproduktion kompatibel

Diese mechanische Verspannung könne durch das gezielte Ablösen der dünnen Lagen freigesetzt werden, sodass sich die Schichten von selbst aufrollen. Dieses Verfahren, das bei besonders effizienten Akkus eingesetzt wird, wird als "Swiss-Roll" bzw. "Mikro-Origami-Verfahren" bezeichnet. Da keine externen Kräfte aufgewendet werden müssen, um die gewickelten Batterien zu erzeugen, sei das Verfahren mit etablierten Methoden der Chipindustrie kompatibel.

"Diese winzige Batterie hat ein großes Potential für zukünftige mikro- und nanoelektronische Sensorik und Aktorik in Bereichen des Internets der Dinge, der miniaturisierten medizinischen Implantate, der Mikrorobotik und der ultra-flexiblen Elektronik", schreiben die Projektverantwortlichen. Die Forschungsergebnisse wurden im Journal "Advanced Energy Materials" veröffentlicht. (step, 24.2.2022)