Flüssiger Treibstoff für künftige Computer

Eine neuartige winzige Flussbatterie soll künftig sehr dicht gepackte elektronische Komponenten mit Energie versorgen und gleichzeitig die von ihnen produzierte Wärme abführen.

» Von Fabio Bergamin, ETH News, 15.03.2017 15:32.

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Forschende der ETH Zürich und von IBM Research in Rüschlikon haben eine winzige Flussbatterie geschaffen. Damit könnten künftig Computerchip-Stapel, bei denen einzelne Chips platzsparend übereinandergelegt werden, mit Energie versorgt und gleichzeitig gekühlt werden. Bei einer Flussbatterie wird mit einer elektrochemischen Reaktion Strom aus zwei flüssigen Elektrolyten gewonnen. Diese werden von aussen über einen Leitungskreislauf in die Batterie-Zelle gepumpt. «Die Chips werden quasi mit einem flüssigen Treibstoff betrieben und produzieren daraus ihren eigenen Strom», sagt Dimos Poulikakos, Professor für Thermodynamik an der ETH Zürich. Weil die Wissenschaftler zwei Flüssigkeiten verwenden, von denen bekannt ist, dass sie sich sowohl als Flussbatterie-Elektrolyte als auch als Kühlmittel eignen, kann über denselben Kreislauf auch überschüssige Wärme vom Chip-Stapel abgeführt werden.

Die von den Wissenschaftlern konstruierte Batterie ist bloss etwa 1,5 Millimeter dünn. Die Idee wäre, Chip-Stapel schichtweise zu bauen: ein Computerchip, darüber die dünne Batterie-Mikrozelle, die den Chip mit Strom versorgt und kühlt, dann der nächste Computerchip und so weiter.

Rekordhohe Leistung

Bisherige Flussbatterien (siehe Kasten) sind riesig und vor allem als Grossspeicher im Einsatz, etwa im Verbund mit Wind- und Solarkraftwerken, um dort vorübergehend die produzierte Energie zu speichern, damit sie zeitversetzt genutzt werden kann. «Wir sind die ersten Wissenschaftler, die eine so kleine Flussbatterie bauen, um damit Stromversorgung und Kühlung zu kombinieren», sagt Julian Marschewski, Doktorand in Poulikakos‘ Gruppe.

Ausserdem ist die Leistung der neuen Mikrobatterie bezogen auf ihre Grösse rekordverdächtig hoch: Pro Quadratzentimeter Batteriefläche beträgt sie 1,4 Watt. Zieht man davon die Leistung ab, welche benötigt wird, um die flüssigen Elektrolyte zur Batterie zu pumpen, resultiert als Nettoleistungsdichte immer noch 1 Watt pro Quadratzentimeter.

Wie die Forschenden ausserdem im Experiment zeigten, sind die Elektrolyt-Flüssigkeiten tatsächlich in der Lage, einen Chip zu kühlen: Sie sind sogar in der Lage, ein Vielfaches der Wärmeenergie abzuführen als die Batterie elektrische Energie umsetzt (und die beim Chipbetrieb zu Wärmeenergie umgewandelt wird).

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