Wie een standaard batterij opensnijdt, kan zien dat deze uit opgewikkelde lagen be-staat. Hierdoor zijn batte-rijen slechts beperkt te ver-kleinen, omdat het wikkelen van de lagen alleen functio-neert op macroscopisch niveau. De afdeling Material-systeme der Nanoelektronik aan de Technische Universität Chemnitz heeft een oplossing ont-wikkeld om deze begrenzing in de miniaturisering weg te nemen. Helaas is toepassing op korte termijn nog niet te verwachten.
Door het afwisselend opbrengen van dunne lagen materiaal van metaal en isolatie op een vlakke ondergrond ontstaat een lagensysteem, dat van nature een hoge spanning heeft. Deze mechanische spanning kan door gericht loskoppelen van de dunne lagen worden verminderd, zodat deze lagen zich zelf oprollen tot een ultra compacte energiebuffer.
Hierdoor zijn compacte energieblokken te maken waarmee een grote hoe-veelheid energie per oppervlakte-eenheid op een chip kan worden opge-slagen, meer dan twee keer zoveel dan met de gebruikelijke technologieën. Het mooiste is, dat het fabricageproces eenvoudig is en bijna vanzelf func-tioneert.
Hybride materialen
De onderzoekers gebruiken hiervoor hybride materialen. Er kunnen ver-schillende grondstoffen worden gecombineerd, zoals metalen en isolatoren, maar ook organische stoffen zoals polymeren of ultradunne molecuullagen. Daardoor stijgt de vermogenscapaciteit flink. De energiebuffers kunnen dus ook bij toepassingen worden gebruikt waar snel veel vermogen wordt ge-vraagd, zoals voor kleine elektromotoren. De minibatterijen zouden ook kunnen worden gebruikt voor lokale energieverzorging van siliciumchips of voor aandrijving van autonome systemen als robots.
Een visie is de toepassing in zogenaamd ‘smart dust’ – ‘intelligent stof’. Dat zijn minuscule sensorsystemen die bijvoorbeeld voor de temperatuurmeting in wervelstormen zou kunnen worden ingezet. Of ze gaan mee met trek-vogels op weg naar het zuiden en volgen zo het temperatuurverloop op de reis. Als de sensorsystemen niet groter zijn dan stofkorreltjes, mag de energievoorziening natuurlijk niet groot zijn.
Toekomst
Helaas duurt nog circa vijf jaar eer praktische toepassing mogelijk is, schatten de onderzoekers. Er bestaan al ideeën voor de doorontwikkeling. Zo zou een draad direct als spoel in de energiebuffer kunnen worden ge-wikkeld, zodat een miniatuur trillingskring ontstaat.