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Linzer Forscher dringt in neue Batterien-Dimension vor

Von Herbert Schorn, 24. August 2016, 00:04 Uhr
Michael Sternad Bild: Alexander Schwarzl

LINZ, GRAZ. Innovation mit breitem Einsatzspektrum, von Handys bis zu Autos und Flugzeugen.

Fünf Jahre lang forschte Michael Sternad gemeinsam mit seinem Kollegen Georg Hirtler von der Technischen Universität (TU) Graz – nun konnte er, wie berichtet, in einem Wissenschaftsjournal seine Innovation vorstellen: eine leistungsstarke und billigst produzierbare Mini-Batterie. Diese könnte den Alltag für viele Menschen einfacher machen.

Doch wie kam es dazu? Bisher wird bei Lithium-Batterien Grafit als Speicherelektrode verwendet, sagt der aus Linz stammende Forscher: "Silizium hat aber zehn Mal bessere Speichereigenschaften als Grafit." Und: "Es gibt ausgezeichnete Methoden der Bearbeitung für Silizium, weil es seit Jahrzehnten in der Halbleiter-Industrie verwendet wird."

Doch dieses spezielle Silizium hat auch ziemlich schwierige Seiten an sich. Etwa, dass es beim Aufladen bis zu drei Mal größer wird. Oder, dass es sich sofort verformt, wenn es auf Lithium trifft, und danach in unzählige Teilchen zerspringt.

Batterie kostet ein bis zwei Cent

"Wir mussten daher Tricks finden, wie wir das Silizium verwenden können", sagt der 44-Jährige. Was zu Beginn nicht einfach war, als den Wissenschaftlern das Material bei Versuchen unter den Fingern zerbröselte. Doch Sternad, der am Christian-Doppler-Labor der TU Graz unter der Leitung von Martin Wilkening arbeitet, blieb hartnäckig. Nach zahlreichen Versuchen fand er schließlich eine Methode: "Man braucht ein Gefühl, wie man das Material vorbereiten und aktivieren muss. Erst dann kann man es verwenden."

Das sei in dieser Dimension weltweit noch niemandem gelungen, sagt Sternad: "Ein Durchbruch." Mit seiner Methode kann das Material eines Mikrochips gleichzeitig als Batterie verwendet werden. Die weiteren Vorteile: Eine derartige Mikro-Batterie kann extrem winzig, nämlich bis zu 0,1 mal 0,1 Millimeter, und extrem billig, um ein bis zwei Cent pro Stück, hergestellt werden. Die Energiedichte ist aber ähnlich hoch wie bei den besten kommerziellen Lithium-Batterien. "In Testreihen haben wir bereits mehr als 250 Ladezyklen geschafft", erklärt Sternad, der seit 2004 an der TU in Graz als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig ist.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Weil die Batterien in beinahe beliebiger Gehäuseform herstellbar sind, können sie in Handys eingebaut werden, um den Akku zu verstärken. So wäre es möglich, die Laufzeit um bis zu 15 Prozent zu verlängern. Die Chips könnten auch in herkömmliche Heftpflaster integriert werden und dort Patienten das Fieber messen. Es wäre auch möglich, sie auf Tiefkühlfleisch zu kleben, um zu messen, ob die Ware kühl gelagert wurde. "Das könnte dann jeder Konsument auf seinem Handy kontrollieren", sagt Sternad.

Reifendruck messen

In Autos könnten die winzigen Chips, die eine Laufzeit von bis zu sechs Jahren haben, in regelmäßigen Abständen den Reifendruck messen – oder die Vibration des Fahrzeugs, um die Stoßdämpfer je nach befahrenem Untergrund richtig zu justieren. Besonders hoch ist die Nachfrage in der Flugzeugindustrie: "Da gibt es ein besonders großes Interesse an energieautarken Sensoren."

 

Die Batterie

die batterie
Bild: Helmut Lunghammer

0,1 Millimeter mal 0,1 Millimeter: So klein kann die an der Technischen Universität Graz entwickelte Batterie (Foto) hergestellt werden. Das Prinzip: Einkristallines Silizium wird als Speicherelektrode für Lithium-Batterien verwendet. Das ist das gleiche Material, aus dem Mikrochips bestehen. So kann der Chip als Batterie genutzt werden.

1-2 Cent kostet eine Batterie in der Herstellung. Weil Silizium in der Halbleiter-Industrie bereits jetzt eingesetzt wird, gibt es zahlreiche Methoden für die Bearbeitung. Das Gehäuse kann in beliebiger Form hergestellt werden.

250 Aufladezyklen für die Mikro-Batterie schafften die Forscher. Die Energiedichte ist damit so hoch wie bei den besten kommerziellen Batterien.

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7  Kommentare
7  Kommentare
Neueste zuerst Älteste zuerst Beste Bewertung
1964rps (233 Kommentare)
am 25.08.2016 16:21

Ach, diskutiert doch nicht so viel, freut euch lieber, dass wieder etwas Neues und vorher noch nie dagewesenes erfunden wurde.

Vielleicht profitieren wir in ein paar Jahren ja schon von dieser welchigen!

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1964rps (233 Kommentare)
am 24.08.2016 17:54

Ach, diskutiert doch nicht so viel, freut euch lieber, dass wieder etwas Neues und vorher noch nie dagewesenes erfunden wurde.

Vielleicht profitieren wir in ein paar Jahren ja schon von dieser welchigen!

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absolut85 (132 Kommentare)
am 24.08.2016 09:32

Sicher sind die Anwendungen nicht ökologisch, aber das mindert nicht diese tolle erfinderische Leistung. Gratulation!
In Zeiten der Elektromobilität wird diese neue Batterie sicher ihre Anwendung finden.

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Superheld (13.118 Kommentare)
am 24.08.2016 07:40

Aufladezyklen bestimmen wohl nicht die Energiedichte.

Und die vielen Phantasieanwendungen als Einwegprodukt sind besonders ökologisch.

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c.sainz (1.259 Kommentare)
am 24.08.2016 08:02

Das Glas ist halb voll oder halb leer, nur eine Ansichtssache. Ich finde es super, dass wir in Österreich solche Erfinder haben.

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markusde (1.912 Kommentare)
am 24.08.2016 08:57

In Österreich wird halt jeder Erfinder und jede Erfindung sofort schlecht gemacht. Siehe oben. Daher haben leider oft tolle Ideen bei uns keine Chance. Die großen Innovationen werden woanders auf den Markt gebracht, oft auch mit Ideen aus Österreich. Aber das Geld bleibt dann dort, und wir jammern.

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jago (57.723 Kommentare)
am 24.08.2016 12:47

Das ist nicht spezifisch österreichisch, das ist in ganz Europa so mit einem West-Ost-Gefälle.

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