Die Miniaturisierungswelle in der Halbleiterelektronik lässt die Bauteile und damit die Geräte fortwährend schrumpfen. Oft bleibt nur wenig Platz für die Batterien, die noch immer vergleichsweise klobig daherkommen. Doch damit könnte es bald eine Ende haben, denn auch die wiederaufladbaren Stromspeicher beginnen zu schrumpfen. Forscher von der University of California in Los Angeles haben einen kompakten Lithium-Ionen-Akku hergestellt, der nur noch wenige Millimeter misst und dennoch eine passable Speicherkapazität aufweist. Zum Bau der Stromquelle haben Bruce Dunn und seine Kollegen ein in der Halbleiterfertigung gebräuchliches Ätzverfahren genutzt.

Das Besondere an der Stromquelle ist ihre dreidimensionale dichte Bauweise. Normalerweise sind Lithium-Ionen-Batterien in Form dünner Schichten aufgebaut. Der Elektrolyt ist wie bei einem Sandwich zwischen zwei dünnen Elektroden eingebettet. In der Praxis werden meist mehrere solcher „Stacks“ übereinandergestapelt, etwa um die Kapazität zu steigern und höhere Betriebsspannungen zu erzeugen. Größe und Design eines fertigen Akkus sind dadurch aber meist vorgegeben.

Winzige Siliziumsäulen als Anode

3D-Akkus, wie sie die Forscher um Dunn favorisieren, haben den Vorteil, dass sie sich in beliebiger Weise stapeln lassen. Die Anode der Batterie aus Los Angeles besteht aus winzigen, regelmäßig angeordneten Siliziumsäulen, die mit einer dünnen Elektrolytschicht überzogen sind.

Die 400 Nanometer hohen und 100 Nanometer dünnen Säulen wurden aus einem Siliziumwafer heraus geätzt. Um die Leitfähigkeit der Anode zu erhöhen, haben die Forscher den Halbleiter zuvor mit Boratomen dotiert. Als Kathodenmaterial verwenden die Forscher um Dunn eine Standardmischung aus Graphit und einem Lithium-Metall-Oxid, die sie in die Bereiche zwischen den Siliziumsäulen füllten.