Die Batterie der Zukunft wird kleiner sein als ein Staubkorn ? davon ist ein Forscherteam aus Chemnitz und Dresden überzeugt. Ein entscheidender Schritt auf dem Weg dorthin ist den Wissenschaftlern jetzt geglückt: Sie haben eine Möglichkeit gefunden, ultrakompakte Materialien zu produzieren, die sehr viel Energie auf kleinstem Raum speichern können. Der Prozess dahinter funktioniert buchstäblich wie von selbst, denn die Materialschichten sind so entworfen, dass sie sich automatisch zu den Mini-Speichereinheiten zusammenrollen. Ein weiterer Vorteil: Da sich die Zusammensetzung der Schichten fast beliebig variieren lässt, können die Eigenschaften der Energielieferanten maßgeschneidert werden ? etwa für die Energieversorgung von Computerchips oder Nano-Maschinen. Bereits in fünf Jahren könnten die ersten Mini-Systeme verfügbar sein, schätzt Forschungsleiter Oliver Schmidt von Technischen Universität Chemnitz.
Beim Verkleinern von handelsüblichen Batterien gab es bisher ein wesentliches Problem: Sie bestehen aus aufgewickelten Schichten ? und genau dieses Aufwickeln funktioniert erst ab einer bestimmten Größe aufwärts. Schmidt und seine Gruppe, die an der TU Chemnitz und am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IWF) in Dresden arbeitet, umgehen diese Schwierigkeit bei ihrem Ansatz mit Hilfe eines Tricks: Sie schichten dünne Lagen aus metallischen und nicht- oder nur schwachleitenden Materialien abwechselnd so aufeinander, dass sie unter Spannung stehen. Werden dann einige dieser Lagen gezielt abgelöst, wird diese mechanische Verspannung freigesetzt und die Schichten rollen sich ganz von selbst auf. “Dadurch lassen sich extrem kompakte Energieeinheiten fertigen, die eine enorme Energie pro Fläche auf einem Chip speichern können”, sagt Schmidt.
Bei der Materialauswahl für die einzelnen Schichten sind die Forscher sehr flexibel. Es können beispielsweise Metalle mit Kunststoffen, Metalloxiden oder anderen Isolatoren verbunden werden. Zusätzlich lassen sich mit Hilfe von hauchdünnen, häufig nur einem Molekül starken Lagen organischer Verbindungen die Eigenschaften des Speichermaterials beeinflussen ? je nachdem, ob die Energie schnell auf einen Schlag zur Verfügung stehen soll, wie bei winzigen Elektromotoren, oder ob sie eher nach und nach und dafür längerfristig verfügbar sein muss.
Entsprechend vielfältig sind die möglichen Anwendungsmöglichkeiten der kleinen Energiebündel. So gelten sie nicht nur als optimal für die lokale Versorgung von Computerchips, sie könnten künftig auch autonome Mini-Roboter antreiben. Etwas weiter in der Zukunft liegt dagegen vermutlich ein Einsatz in sogenanntem “Smart Dust”. Darunter versteht man in der Nanotechnik ein System aus winzigsten Sensoren, mit denen beispielsweise die Eigenschaften von Wirbelstürmen direkt vor Ort gemessen oder die Routen von Zugvögeln beobachtet werden können. Auch dafür eignen sich die Mini-Batterien, denn “wenn die Sensorsysteme nicht größer sind als Staubkörner, darf natürlich auch die Energieversorgung nicht groß sein”, sagt Schmidt.
Pressemitteilung der Technischen Universität Chemnitz ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
