Forscher haben einen Mikrokondensator mit einer rekordverdächtigen Energie- und Leistungsdichten entwickelt. Energie soll damit direkt auf Mikrochips gespeichert werden können.
Wissenschaftler vom Berkeley Lab in den USA haben einen Mikrokondensator entwickelt, der die Energiespeicherung auf Mikrochips erheblich verbessern soll. Die Ergebnisse markieren einen großen Schritt in der Mikroelektronik. Denn sie könnten die Art und Weise, wie wir Energie in elektronischen Geräten speichern, grundlegend verändern.
Die neuen Kondensatoren zeigen rekordverdächtige Energie- und Leistungsdichten, was sie ideal für die Integration in winzige elektronische Komponenten macht. Forscher arbeiten daran, elektronische Geräte kleiner und energieeffizienter zu machen, indem sie Energie direkt auf den Mikrochips speichern.
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Die Methode birgt den Vorteil, dass sie Energieverluste minimieren kann. Schließlich muss bei einer direkten Speicherung auf dem Chip weniger Energie zwischen verschiedenen Komponenten eines Geräts übertragen werden. Bestehende Technologien erfüllen diese Anforderungen bisher nicht.
Neue Methode eliminiert Schwächen bisheriger Ansätze
Die Kondensatoren bestehen aus dünnen Filmen aus Hafniumoxid und Zirkoniumoxid. Der leitende Wissenschaftler am Berkeley Lab betonte, dass die Forschung erstmals demonstriert, inwieweit elektronische Geräte Energie in Mikrokondensatoren aus dünnen Filmen speichern können. Damit übertrifft der Ansatz bisher eingesetzte Methoden.
Kondensatoren sind grundlegende Komponenten von elektrischen Schaltungen und haben dadurch auch das Potenzial, Energie zu speichern. Im Gegensatz zu Batterien speichern sie Energie in einem elektrischen Feld zwischen zwei Metallplatten, die durch ein dielektrisches Material getrennt sind.
Sie können schnell entladen werden und degradieren nicht durch wiederholte Lade- und Entladezyklen. Das verleiht den Kondensatoren eine längere Lebensdauer als Batterien. Allerdings haben sie eine niedrigere Energiedichte.
Forscher speichern Energie durch Kondensatoren auf Mikrochips
Zusammen mit Partnern am MIT Lincoln Laboratory integrierten die Forscher die Filme in dreidimensionale Mikrokondensator-Strukturen, die das Team zuvor anhand von tiefen Gräben in das Silizium schnitten. Die Strukturen können eine viel höhere Kapazität pro Flächeneinheit erreichen, was eine größere Miniaturisierung und Designflexibilität ermöglicht.
Die resultierenden Geräte zeigen im Vergleich zu den besten heutigen elektrostatischen Kondensatoren eine neunmal höhere Energiedichte und eine 170-mal höhere Leistungsdichte.
Diese Hochleistungs-Mikrokondensatoren könnten die Nachfrage nach einer effizienteren Energiespeicherung in Mikrogeräten wie IoT-Sensoren und KI-Prozessoren decken. Im nächsten Schritt möchten die Forscher die Technologie skalieren und in vollwertige Mikrochips integrieren. Außerdem sind noch weitere Forschungen rund um die richtige Materialwahl notwendig.
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