Energie aus Keramik
Mikrobrennstoffzellen werden bereits als Alternative zu Batterien gefeiert. Ihre Herstellung aus Hunderten kleinster Einzelteile ist jedoch teuer und aufwändig. Mit einer neuen Technik lassen sich Brennstoffzellen aus Keramik kostengünstig aus einem einzigen Stück herstellen.
Klein, handlich und kostengünstig: die integrierte keramische Mikrobrennstoffzelle.
© Fraunhofer IKTS
Da hat man sich seinen Laptop eingesteckt, um auf Reisen zu arbeiten, doch bevor es so richtig ans Werk geht, ist der Akku leer - die Stromversorgung ist seit eh und je der Pferdefuß der Notebook-Technik. Mikrobrennstoffzellen sollen das leidige Problem der mobilen Energieversorgung lösen, doch trotz aller Versprechen der Entwickler gibt es bis heute keine einzige erschwingliche miniaturisierte Brennstoffzelle für den Alltagseinsatz. Nach Ansicht von Dr. Michael Stelter vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden liegt das unter anderem daran, dass die winzigen Stromspender aus Hunderten von filigranen Einzelteilen zusammengebaut werden: "Das macht die Entwicklung aufwändig und die Herstellung teuer." Der Forscher und seine Kollegen gehen deshalb einen neuen Weg. Als Baumaterial nutzen sie die Spezialkeramik LTCC (Low Temperatured Cofired Ceramic). Das Material wird bereits seit einiger Zeit in der Chipindustrie als Träger für mikroelektronische Bausteine genutzt.
Den IKTS-Forschern ist es gelungen, mit kostengünstigen Verfahren zusätzliche, nichtelektronische Funktionselemente in die Keramik einzuarbeiten. Dabei kommt ihnen eine Besonderheit des Materials zu- gute: Strukturen lassen sich nicht nur an der Oberfläche der Keramik aufbringen, sondern auch im Inneren: Die Mikrobrennstoffzelle wird durchzogen von winzigen Kanälen für den Wasserstoff- oder Flüssigkeitstransport.
Die Produktion ist einfach und billig. "Aus LTCC können wir eine Brennstoffzelle in einem Rutsch herstellen", sagt Stelter: "Das Verfahren ist dabei nicht nur kostengünstig, sondern auch zuverlässig." Ein weiterer Vorteil: Die LTCC-Brennstoffzelle kann unterschiedliche Treibstoffe nutzen - in erster Linie Wasserstoff und Methanol, aber auch Exoten wie Ameisensäure. "Ein sehr guter Energielieferant, der jedoch gewöhnliche Brennstoffzellenmaterialien zersetzt", sagt Stelter. Der Keramik hingegen kann die Säure nichts anhaben. Die IKTS-Forscher treiben die neue Generation von Mikrobrennstoffzellen gemeinsam mit mehreren deutschen Industrieunternehmen voran. Schon heute fertigen sie mit der LTCC-Technologie andere Produkte, die wesentlich früher auf den Markt kommen werden: zum Beispiel winzige Drucksensoren mit integrierter Elektronik oder Messplatten für die biochemische Analytik.
