Um das Problem des Mangels an geeigneten Stromquellen für mikroskopische elektronische Geräte zu lösen, hat eine internationale Forschungszusammenarbeit erfolgreich eine planare mikrometergroße Zink-Luft-Batterie entwickelt, die in Chips integriert werden kann. Diese Forschungsergebnisse wurden von Wissenschaftlern des Tata Institute of Fundamental Research in Hyderabad, Indien, und des University College London, Großbritannien, gemeinsam erzielt und bieten eine neue Mikrochip-Stromversorgungslösung für Geräte wie Mikrosensoren und Roboter, um Energieautonomie zu erreichen.

Traditionelle Batterien stehen nach der Miniaturisierung oft vor dem Widerspruch zwischen Leistung und Volumen. Der von dem Forschungsteam entwickelte mikroskopische Zink-Luft-Akku verwendet eine innovative planare Struktur, bei der Kathode und Anode auf derselben Ebene liegen und nicht in traditioneller Stapelbauweise, was eine dünnere Form ermöglicht. Die Batterie arbeitet mit Interdigital-Elektroden einer Breite von 200 Mikrometern und verwendet einen nahezu neutralen Gelelektrolyten, was elektrochemische Leistung und Sicherheit gleichermaßen berücksichtigt. Diese Mikrochip-Stromquelle kann direkt auf dem Chip hergestellt werden und versorgt die Kernelektronik mit Energie.

Diese planare Mikrobatterie nutzt Sauerstoff aus der Luft für die Reaktion, was die Menge an internem Energiespeichermaterial reduziert und der Schlüssel zu ihrer Miniaturisierung ist. Teammitglied Subhra Pattanayak erklärt: „Dies zeigt, dass Chipsysteme jetzt ihre eigene On-Board-Stromversorgung haben können und so vollständig autonome Mikrogeräte ermöglichen.“ In Tests konnte die Batterie erfolgreich eine LED zum Leuchten bringen und ein digitales Thermometer mit Strom versorgen, was ihre praktische Anwendbarkeit als mikroskopische Zink-Luft-Batterie für kleine Geräte bestätigte.

Die aktuelle Herausforderung der Forschung liegt in der Verbesserung der Zyklenlebensdauer der Batterie. Zukünftige Arbeiten werden sich auf die Optimierung der Elektrodenmaterialien zur Unterdrückung der Degradation konzentrieren. Bei erfolgreicher Verbesserung könnten solche Mikrochip-Stromversorgungen die weitere Entwicklung in Bereichen wie Wearables, implantierbare medizinische Sensoren und Mikroroboter vorantreiben.

Weitere Informationen: Autoren: Subhra R. Pattanayak et al., Titel: „Mikroskopische nahezu neutrale Zink-Luft-Batterien auf Interdigital-Elektrodenchips für Hochstrombetrieb“, veröffentlicht in: Small Methods (2025). Zeitschrifteninfo: Small Methods