Der Elektro-Hummer widersetzt sich mit seinem 1.326 Kilogramm schweren Akku noch dem Trend der Miniaturisierung im Tech-Bereich. Gegen den Akku des Elektromonsters von GM macht sich der von deutschen und chinesischen Forscher:innen entwickelte Akku im Miniaturformat noch winziger aus. Viel kleiner als ein Salzkorn ist der kleinste Akku der Welt, den ein Forschungsteam der TU Chemnitz, unter Beteiligung des IFW Dresden sowie des chinesischen Changchun-Instituts für Angewandte Chemie, jetzt vorgestellt hat.

Im Fachjournal Advanced Energy Materials erklären die Forscher:innen den Einsatzzweck für solche Miniakkus. Die Batterien im Submillimeter-Bereich sollen zusammen mit auf Staubkorngröße geschrumpften Computern winzige und smarte mikroelektronische Geräte, sogenannte Smart-Dust-Anwendungen, antreiben. Dabei handelt es sich beispielsweise um biokompatible Sensoriken im Körper. Die von den Forscher:innen entwickelte kleinste Batterie der Welt existiert laut einer Mitteilung der TU Chemnitz schon als funktionsfähiger und anwendungsnaher Prototyp.

„Unsere Ergebnisse zeigen eine ermutigende Energiespeicherleistung im Sub-Quadratmillimeter-Maßstab“, so Minshen Zhu von der TU Chemnitz. Sein Kollege Oliver G. Schmidt ergänzt: „Es gibt noch ein riesiges Optimierungspotenzial für diese Technologie“. Damit sei in Zukunft noch mit deutlich stärkeren Mikro-Akkus zu rechnen, so der Inhaber der Professur Materialsysteme der Nanoelektronik und Wissenschaftlicher Direktor des Zentrums für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen an der TU Chemnitz.

Bei der Herstellung der Miniakkus griffen die Forscher:innen auf ein Verfahren zurückgegriffen, das auch Tesla bei der Herstellung seiner Elektroautoakkus nutzt. Bei dem sogenannten Swiss-Roll- oder Mikro-Origami-Verfahren werden abwechselnd einige dünne Lagen aus polymerischen, metallischen und dielektrischen Materialien auf eine Wafer-Oberfläche aufgebracht. Das System steht unter Spannung. Durch gezieltes Ablösen dünner Lagen entstehen die gewickelten Batterien (Swiss-Roll-Architektur). Das Verfahren sei kompatibel mit etablierten Methoden der Chipindustrie. Dadurch könnten Batterien mit hohem Durchsatz auf einer Wafer-Oberfläche erzeugt werden.

Die so entstandenen aufladbaren Mikrobatterien im tiefen Submillimeter-Maßstab können laut den Forscher:innen die weltweit kleinsten Computerchips für etwa zehn Stunden mit Energie versorgen. Damit könne etwa die lokale Umgebungstemperatur kontinuierlich gemessen werden. Die winzige Batterie habe zudem „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“, wie es vonseiten der TU Chemnitz heißt.