Forschungsschwerpunkte

Elektrochemische Mikrospeicher und Harvesting

Energieautarke Mikrosysteme und intelligente, autarke Sensorknoten werden in der Zukunft zu ganz neuen Anwendungen führen. Die dafür notwendige Energieversorgung muss ein integraler Bestandteil bereits in frühen Phasen der Entwicklung sein und macht das Zusammenwirken von Entwicklern, Produzenten und Endkunden notwendig. Mikrobatterien, Mikrobrennstoffzellen und Energie-Harvesting sind Schlüsselwörter dieser Entwicklung. Das Fraunhofer IZM arbeitet gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und mit anderen Instituten in diesem Themenfeld in einer Reihe von Verbundprojekten. Vor allem werden die Silizium 3D-Technologien der Abteilung WLSI, aber auch innovative Leiterplatten- und Packaging-Technologien eingesetzt um Energieversorgungssysteme zu miniaturisieren und zu integrieren. Außerdem stehen die notwendigen Geräte und Ausrüstungen zur Verfügung um die elektrochemischen Aktivmaterialien bereitzustellen, zu modifizieren und zu testen. Neben den eigentlichen F&E-Dienstleistungen werden auch Tests für Batterien, Akkumulatoren und Mikrobrennstoffzellen sowie Beratungs- und Erprobungsservice angeboten.

Integrierte aufladbare Mikrobatterien

© Fraunhofer IZM

Elektronenmikroskop-Aufnahme einer Koplanar-Batterie. Die Graphit-Anode (links) wird durch einen schmalen Separatorsteg von der Kathode (Lithiumcobaltoxid) getrennt.

© Fraunhofer IZM

Silizium-integrierte Mikrobatterien

  • Optimierung von Elektrodenpasten die zur Herstellung integrierter Mikrobatterien geeignet sind
  • Vergleichende Untersuchung verschiedener Anoden- und Kathodenmaterialien, Einsatz von Nano-Tubes
  • Untersuchung von Barrieren und Verkapselungsmaterialien für Lithiumbatterien
  • Elektrochemische Simulation von Lithium-Ionenbatterien
  • 3D Strukturierung und Erhöhung der Strom- und Impulsbelastbarkeit

Mikrobrennstoffzellen

© Fraunhofer IZM

Planare Mikrobrennstoffzellen

© Fraunhofer IZM

Mikrobrennstoffzellen 2 – 20 W

  • Verringerung der elektrochemischen Korrosion und Erhöhung der Lebensdauer
  • Design-Optimierung basierend auf Simulation, ortsaufgelöster Charakterisierung und Prototypencharakterisierung
  • Vergleichende Materialuntersuchungen (Katalysatoren, Membranen, Gas-Diffusionslagen, Stromableiter, Mikrokanalplatten

Wasserstofferzeuger für Mikrobrennstoffzellen

© Fraunhofer IZM

Galvanische Wasserstofferzeuger 2x180 Ah

© Fraunhofer IZM

Galvanische Wasserstofferezuger 6x70 Ah

  • Untersuchung verschiedener Anodenmalterialien (Zn, Mg, Al) für galvanische Wasserstofferzeuger
  • Untersuchung von Elektrolyten für Wasserstofferzeuger
  • Zelldesign und KOH-stabile Verschlusstechnologie, Langzeitstabilität
  • Steueralgorithmen für das Zusammenspiel von Wasserstofferzeuger und Brennstoffzelle

Energy Harvesting

© Fraunhofer IZM

Skihelm mit 3D gekrümmtem Solarmodul, P = 1.6 W

  • Materialentwicklung für kapazitive Wandler mit flexiblen Elektroden und hohen Dielektrizitätskonstanten
  • Designoptimierung kapazitiver Harvester
  • Systemanpassung für unterschiedliche Anwendungen
  • 3D-Solarmodule für gekrümmte Oberflächen und portable Anwendungen

Leistungsangebot im Bereich Mikroenergiesysteme

Mikrobatterien

Kundenspezifische Mikrobatterien / Materialentwicklung und Testung für Lithiumionenbatterien / Testservice für Batterien und Akkumulatoren