Zentrum für
BrennstoffzellenTechnik
ZBT GmbH

Ihr Kontakt

Dipl.-Ing. Georg Dura

stellv. Abteilungsleiter
Mikrosysteme und Strömungsmechanik

Tel.: +49-203-7598-2344
g.dura(at)zbt-duisburg.de
Kontaktformular

Mikro-Membran-Elektroden-Einheiten

Moderne portable elektronische Geräte zeichnen sich insbesondere durch ihre Kompaktheit aus. Smartphones, Tablets oder Ultrabooks sind Beispiele dafür, dass insbesondere die Höhe der Geräte eine wichtige Kaufentscheidung der Kunden darstellt. Gleichzeitig werden die Geräte immer energieintensiver, sei es durch ein größeres Display, einen schnelleren Prozesser oder durch die Erhöhung der Funktionendichte, beispielsweise durch Integration einer Kamera, GPS, Bluetooth oder verschiedener Sensoren.

In diesem Applikationsfeld besteht für Mikrobrennstoffzellen ein großes Marktpotential. Insbesondere siliziumbasierte Mikrobrennstoffzellen, die mit Massenherstellungsverfahren der Halbleitertechnik gefertigt werden, können die Anforderungen an benötigte Stückzahlen und die nötige Energiedichte erfüllen.

Siliziumbasierte Membran-Elektroden-Einheit

Das ZBT entwickelt gemeinsam mit dem Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS Chips) Membran-Elektroden-Einheiten auf Siliziumbasis. Diese bestehen aus einer mikrostrukturierten Silizium- oder Siliziumnitridmembran mit durchgehenden Mikrokanälen von einigen hundert Nanometern. Die Membran selbst ist weniger als 10 µm dick und wird durch Prozesse der MEMS-Technik (Mikro-elektromechanische-Systeme) hergestellt. Die freitragende Membran ist trotz ihrer geringen Dicke mechanisch stabil und kann in Größen von bis zu 20 x 20 mm2 hergestellt werden.

Durch spezielle Sol-Gel Prozesse wird ein protonenleitender Elektrolyt in die Mikrokanäle integriert, während auf der Oberfläche metallische Schichten zur Stromableitung und als Katalysator abgeschieden werden. Dadurch entsteht eine vollständige Membran-Elektroden-Einheit und eine Gasdiffusionslage wird überflüssig.

Nutzung von Verfahren der Mikrosystemtechnik zur Herstellung neuartiger Membran-Elektroden-Einheiten

Die Verfahren der Mikrosystemtechnik, wie Beschichtungsverfahren (PVD, CVD, PECVD), Sol Gel Prozesse oder Mikrostrukturierungsverfahren ermöglichen es, Membran-Elektroden-Einheiten mit verbesserten Eigenschaften herzustellen. Dies kann die Maximierung der Dreiphasengrenze betreffen, also die Anbindung von Katalysator, Stromableiter und Elektrolyt, aber auch die Maximierung der elektrochemisch aktiven Oberfläche des Katalysators.

Im Bereich flüssiger Kohlenwasserstoffe können die Prozesse dazu genutzt werden, durch den Aufbau spezieller Schichtsysteme den diffusiven Transport der Versorgungsmedien (Methanol, Ethanol) durch die wässrige Membran zu minimieren.

Die Abteilung Mikrosysteme & Strömungsmechanik arbeitet gemeinsam mit Partner aus Industrie und Forschung an innovativen Lösungen im Bereich der Material-, Prozess- und Messentwicklung.

Einsatzgebiete

  • Energieversorgung portabler elektronischer Geräte
  • Netzferne Versorgung von Sensoren
  • Medizinische Anwendungen (z. B. Hörgeräte)
  • Portable Ladegeräte
Letzte Änderung:  31.08.2016