Mikro-Kondensatoren Vorbild Bienenwabe: Ilmenauer Wissenschaftler bauen Super-Energiespeicher für Chips

Viel Leistung auf wenig Fläche - Bienenwaben sind ein Wunderwerk der Natur. Forscher der TU Ilmenau haben sich nun ihre Struktur zunutze gemacht, um einen neuartigen Super-Energiespeicher für Mikrochips zu entwickeln.

Bienenwaben als Bild und grafisch als Muster
Die Illustration verdeutlicht die Größe der Waben, die die Ilmenauer Forscher entwickelt haben, im Vergleich zu realen Bienenwaben. Bildrechte: TU Ilmenau

Drohnen, die wie Möwen segeln, Roboter-Vogelflügel oder das Abperlen von Flüssigkeiten beim Lotoseffekt - immer wieder lassen sich Forscher von der Natur mit ihren genialen Erfindungen inspirieren. Der Fachbereich nennt sich Bionik.

Besonders oft wird dabei auf die Struktur von Bienenwaben zurückgegriffen, da bei ihr der Raum perfekt ausgenutzt wird. So auch bei den Mikro-Superkondensatoren, die ein Team der TU Ilmenau unter der Leitung von Dr. Huaping Zhao und Prof. Yong Lei entwickelt hat. Ihre Studie veröffentlichten die Thüringer Wissenschaftler im angesehenen Fachmagazin "Nature Communications".

Energiedichte wie bei modernen Mikrobatterien

Dazu entwickelten sie ein neuartiges Design für Nanoelektroden, die dann für extrem leistungsfähige Mikro-Superkondensatoren genutzt werden. Das Problem bei ihnen ist die sehr begrenzte Grundfläche - so musste ein kreativer Lösungsansatz her.

Vorbild ist die Wabe mit ihrer starren, zellulären Struktur – eine hervorragende Plattform für dreidimensionale Nanoelektroden für Mikro-Superkondensatoren.

Prof. Yong Lei, TU Ilmenau

Die Forscher entwarfen ein Nano-Gerüst aus Aluminiumoxid, das die Struktur von Bienenwaben nachahmt. Dieses wurde dann als Plattform für die Nano-Elektroden gebraucht, die wiederum die Grundlage für die Mikro-Superkondensatoren sind. Ihre Energiedichte ist dabei mit der von modernen Mikro-Batterien vergleichbar - bei höheren Leistungsdichte pro Fläche.

Dafür brauchen wir Mikro-Superkondensatoren

Anwendung finden kann die Ilmenauer Entwicklung zum Beispiel im vieldiskutierten "Internet der Dinge", bei dem reale und virtuelle Gegenstände noch mehr vernetzt werden. Dazu gehören etwa die drahtlose Kommunikation, Sensornetzwerke oder implantierbare medizinische Geräte. Aktuell kommt das Internet der Dinge schon etwa bei Smartwatches, Bewegungstrackern oder bei der Paketverfolgung zum Einsatz. In Zukunft sind umfangreiche Nutzungen im Rahmen von sogenannten "Smart Citys" geplant.

Zwei Forscher betrachten einen Kondensator in einem Labor
Dr. Huaping Zhao (re.) und ein Mitarbeiter. Bildrechte: TU Ilmenau

"Weitere Nutzungsmöglichkeiten bestehen etwa bei der sogenannten RFID-Technik", erklärt Dr. Zhao auf Anfrage von MDR Wissen. Diese Technologie, die mit elektromagnetischen Wellen arbeitet, wird etwa bei den neuen deutschen Personalausweisen gebraucht. Außerdem können sie bei der Überwachung von Industrieanlagen oder der Umgebung eingesetzt werden. "Der Vorteil der Mikro-Superkondensatoren ist vor allem ihre praktisch unbegrenzte Laufzeit", erklärt Dr. Zhao. "Sie müssen darum eigentlich nie ausgewechselt werden."

cdi

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