Integrierbare Mikrobatterien und die autarke Energieversorgung von kleinsten elektronischen Systemen gewinnen in vielen technologischen Bereichen immer mehr an Bedeutung, etwa in der Medizintechnik oder im Bereich der kleinen Sensoren. Um derartige Entwicklungen noch stärker vorantreiben zu können, eröffnet das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM am 15. März 2016 eine Mikro-Batterie-Linie. Die Linie erlaubt die Herstellung von Lithium-Mikrobatterien in verschiedenen Ausführungsformen mit Hilfe von Packagingprozessen der Mikroelektronik unter Argon-Schutzgasatmosphäre.![]( "Fraunhofer_IZM_300x150.jpg")
Für viele Anwendungen in der Medizintechnik, kleinste Sensoren oder energieautarke Mikrosysteme sind die auf dem Markt verfügbaren Li-Akkus bzw. Knopfzellen zu groß und nur schwer integrierbar.
Das Fraunhofer IZM hat eine Technologie entwickelt, mit der sehr kleine Mikrobatterien mit Hilfe von parallelen Prozessen bzw. Wafer-Level-Technologien gemeinsam auf einem Substrat hergestellt werden können. Der Vorteil dieser Technologie liegt vor allem darin, dass die Batterie an die Anwendung perfekt in der Form und Größe angepasst werden kann.
Allerdings bringt die Technologie auch einige Herausforderungen mit sich. Eine davon ist die Herstellung eines hermetisch dichten Gehäuses, denn schon kleinste Mengen von Feuchtigkeit, die durch Gehäuse in die Batterie diffundieren, führen zur ihrer Zerstörung. Trotz der hohen Anforderungen an das Gehäuse soll dennoch eine hohe Energiedichte erzielt werden. Dafür ist es wichtig, dass der Anteil von Gehäusematerial am Gesamtsystem gegenüber dem eigentlichen Aktivmaterial möglichst klein ist. Aus diesem Grund sollen das Gehäuse sowie die Verbindungsstellen so dünnwandig wie möglich gestaltet werden. Aufgrund der Reaktivität des Lithiums muss der gesamte Assemblierungsprozess unter Reinstgasbedingungen in Argonboxen erfolgen.
Am 15. März 2016 eröffnet das Fraunhofer IZM eine über 10 Meter lange Batterieentwicklungs- und Montagelinie, welche die Herstellung kleinster, kundenspezifischer Mikrobatterien mit höchster Präzision ermöglicht.
Die Kernkomponenten der Anlage sind:
Im Projekt Hörkontaktlinse (gefördert durch das BMBF) wird eine erste Produktintegration der Mikrobatterie in ein extrem miniaturisiertes Hörgerät entwickelt. Dieses Hörgerät sitzt direkt auf dem Trommelfell; die Batterie wird mittels Infrarot-Ohrstöpseln aufgeladen.
Im EU-Projekt MATFLEXEND werden neue Flexible Mikrobatterien und Harvester entwickelt werden, die sich besonders gut zur Integration in tragbare Elektronik sowie in Chipkarten eignet.
(Im EU-Projekt MATFLEXEND werden mechanisch flexible Mikrobatterien auf der Basis von Elektrodenfasern und druckbaren Polymerelektrolyten sowie elektrophoretisch herstellbare Lithiumelektroden entwickelt.)
Im EU-Projekt ALION sowie im BMBF Projekt AlSiBat wird die Mikrobatterietechnologie genutzt, um flächenhaft angeordnete elektrochemische Testzellen herzustellen, mit denen neue Materialien für zukünftige Batteriesysteme zeitsparend getestet werden können.
Weiterführende Links
www.izm.fraunhofer.de
Foto: Fraunhofer IZM
Für viele Anwendungen in der Medizintechnik, kleinste Sensoren oder energieautarke Mikrosysteme sind die auf dem Markt verfügbaren Li-Akkus bzw. Knopfzellen zu groß und nur schwer integrierbar.Das Fraunhofer IZM hat eine Technologie entwickelt, mit der sehr kleine Mikrobatterien mit Hilfe von parallelen Prozessen bzw. Wafer-Level-Technologien gemeinsam auf einem Substrat hergestellt werden können. Der Vorteil dieser Technologie liegt vor allem darin, dass die Batterie an die Anwendung perfekt in der Form und Größe angepasst werden kann.
Allerdings bringt die Technologie auch einige Herausforderungen mit sich. Eine davon ist die Herstellung eines hermetisch dichten Gehäuses, denn schon kleinste Mengen von Feuchtigkeit, die durch Gehäuse in die Batterie diffundieren, führen zur ihrer Zerstörung. Trotz der hohen Anforderungen an das Gehäuse soll dennoch eine hohe Energiedichte erzielt werden. Dafür ist es wichtig, dass der Anteil von Gehäusematerial am Gesamtsystem gegenüber dem eigentlichen Aktivmaterial möglichst klein ist. Aus diesem Grund sollen das Gehäuse sowie die Verbindungsstellen so dünnwandig wie möglich gestaltet werden. Aufgrund der Reaktivität des Lithiums muss der gesamte Assemblierungsprozess unter Reinstgasbedingungen in Argonboxen erfolgen.
Am 15. März 2016 eröffnet das Fraunhofer IZM eine über 10 Meter lange Batterieentwicklungs- und Montagelinie, welche die Herstellung kleinster, kundenspezifischer Mikrobatterien mit höchster Präzision ermöglicht.
Die Kernkomponenten der Anlage sind:
- ein Präzisionssiebdrucker zum Aufbringen von Batterieelektroden und Lotrahmen zum Gehäuseverschluss
- eine Substrat-Bond-Einrichtung zum Verbinden der Boden- und Deckelsubstrate bzw. Gehäuseverschluss
- eine mikrofluidische Elektrolytfülleinrichung mit der gleichzeitig mehrere hundert Mikrobatterien mit Elektrolyt gefüllt werden können.
Im Projekt Hörkontaktlinse (gefördert durch das BMBF) wird eine erste Produktintegration der Mikrobatterie in ein extrem miniaturisiertes Hörgerät entwickelt. Dieses Hörgerät sitzt direkt auf dem Trommelfell; die Batterie wird mittels Infrarot-Ohrstöpseln aufgeladen.
Im EU-Projekt MATFLEXEND werden neue Flexible Mikrobatterien und Harvester entwickelt werden, die sich besonders gut zur Integration in tragbare Elektronik sowie in Chipkarten eignet.
(Im EU-Projekt MATFLEXEND werden mechanisch flexible Mikrobatterien auf der Basis von Elektrodenfasern und druckbaren Polymerelektrolyten sowie elektrophoretisch herstellbare Lithiumelektroden entwickelt.)
Im EU-Projekt ALION sowie im BMBF Projekt AlSiBat wird die Mikrobatterietechnologie genutzt, um flächenhaft angeordnete elektrochemische Testzellen herzustellen, mit denen neue Materialien für zukünftige Batteriesysteme zeitsparend getestet werden können.
Weiterführende Links
www.izm.fraunhofer.de
Foto: Fraunhofer IZM
Bis zum 22.03.2016 ist die Ausstellung am Standort Zittau, im Obergeschoss der Hochschulbibliothek, Hochwaldstr. 12, zu sehen.
