Mikro-Superkondensatoren: Neuste Entwicklungen

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Forscher an der TU Ilmenau haben sehr leistungsfähige Mikro-Superkondensatoren entwickelt, die besonders für das Internet der Dinge interessant sind. Der Schlüssel ist ein neues Designkonzept für Nano-Elektroden, das eine hohe Energie- und Leistungsdichte ermöglicht. Dafür ließen sich die Forscher von Bienenwaben inspirieren, die den Raum auf kleinster Fläche optimal ausnutzen.

Das Fachmagazin Nature Communications berichtet über den Erfolg des Fachgebiets Angewandte Nanophysik in Ilmenau. Mikro-Superkondensatoren sind beispielsweise für das Internet der Dinge (IoT) wichtig. Dafür brauchen wir neue Energiespeicher, die sich in einen Mikroschaltungs-Chip integrieren lassen. Superkondensatoren bieten sich an, weil sie sehr leistungsfähig sind. Doch ihr Potenzial kann aktuell noch nicht voll ausgeschöpft werden. Denn die Grundfläche, auf der die Mikroelektronik platziert wird, ist begrenzt.

Die Forscher ahmten die Struktur von Bienenwaben nach

Um dieses Problem zu lösen, half den Forschern der Blick in die Natur. Sie nahmen sich Bienenwaben mit ihrer starren, zellulären Struktur zum Vorbild, um dreidimensionale Nanoelektroden zu entwickeln. Dreidimensional, weil dann mehr Ladung gespeichert werden kann als im zweidimensionalen Raum. Die Forscher ahmten die Struktur von Waben nach und entwarfen ein Nano-Gerüst aus Aluminiumoxid. Dieses bildet die Plattform für Nano-Elektroden und die Konstruktion von Mikro-Superkondensatoren.

Durch diesen Aufbau erhöht sich die Energiedichte von Supercaps im Miniaturformat. Sie ist gemessen an der Fläche sogar vergleichbar mit hochmodernen Mikro-Batterien, hat jedoch eine wesentlich höhere Leistungsdichte pro Fläche. „Solche winzig kleinen Kondensatoren ermöglichen die hohe spezifische Oberfläche der Elektrode und gleichzeitig auch den günstigen Ionen-Transport innerhalb der Elektrode, der nötig ist, um schnelle elektrochemische Reaktionen zur effizienten Speicherung von mehr Ladungen durchzuführen“, erklärt Prof. Yong Lei, Leiter des Fachgebiets Angewandte Nanophysik.

Mikro-Superkondensatoren im Internet der Dinge

Solche Mikro-Superkondensatoren könnten künftig in für autonome elektronische Systeme, für implantierbare medizinische Geräte oder für drahtlose Technologien im Internet der Dinge eingesetzt werden. Im Internet der Dinge werden reale und virtuelle Gegenstände miteinander vernetzt. Beispiele sind die drahtlose Kommunikation, Sensornetzwerke oder implantierbare medizinische Geräte. Auch bei der RFID-Technik könnten winzige Superkondensatoren eine Rolle spielen. Der Vorteil dieser Superkondensatoren ist, dass man sie quasi nie auswechseln muss.

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