Chipintegrierte Brennstoffzellen

Neue Möglichkeiten der chipintegrierten Energieversorgung autarker Mikrosysteme

Für die Entwicklung energieautarker Mikrosysteme ist die hochgradige Integration der Energieversorgung eine Grundvoraussetzung. Wir nutzen die chipintegrierte Brennstoffzelle und deren Kaskadierung als Möglichkeit der autarken Energieversorgung für vielfältige Anwendungsgebiete wie zum Beispiel der Energieversorgung autarker Sensorsysteme.

Chipintegrierte, hochgradig miniaturisierte, energieeffiziente und umweltverträgliche Brennstoffzellen stellen einen neuen Ansatz dar, wie autarke Sensorsysteme mit Energie versorgt werden können. Diese Brennstoffzellen liefern typischerweise jedoch nur Spannungen bis zu 0,9 V. Um die Ausgangsspannung zuverlässig und längerfristig zum Beispiel auf mehrere Volt zu erhöhen, können mehrere Brennstoffzellen auf einem Substrat in Reihe geschaltet werden. Durch diese Kaskadierung werden die chipintegrierten Brennstoffzellen unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht.
Die monolithisch integrierte Energieversorgung durch Integration einer Vielzahl an chipintegrierten Brennstoffzellen auf einem Substrat setzt voraus, dass die Brennstoffzellen-Layouts, die Fertigungsprozesse und die eingesetzten Materialien gezielt optimiert werden. Somit kann die notwendige Chipfläche reduziert und eine reproduzierbare, stabile Funktionalität gewährleistet werden. Bisher ist es uns gelungen bis zu 56 einzelne Brennstoffzellen auf einer Chipfläche von 1,6 x 1,6 cm² zu integrieren, was einer Leistung von bis zu 2,1 mW/cm² entspricht. Die Funktionalität der hochintegrierten Brennstoffzellen-Kaskaden wurde für einen weiten Temperaturbereich von -50 °C bis +60 °C gezeigt, der vielfältige Anwendungsfälle der chipintegrierten Brennstoffzelle zur autarken Energieversorgung adressiert.

Kontakt

Dr. Claas Müller
Hahn-Schickard,
Freiburg
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