Forschungsprojekte - Intelligente Industrielösungen

ZePowEI

Die Entwicklung einer Energieversorgung als „System-in-Package“ oder „System-on-Chip“ gehört zu den wichtigsten technischen Voraussetzungen, um autarke Sensornetzwerke und damit die Vision des Internets der Dinge zu realisieren.

Mitte November 2017 ging das Fraunhofer Leitprojekt »ZEPOWEL – Towards Zero Power Electronics« mit einer Kick-off Veranstaltung in Berlin an den Start. Ziel des Gemeinschaftsprojekts (Laufzeit bis 2020) von neun Fraunhofer-Instituten ist es, gemeinsam eine Plattform zu schaffen, die eine Kombination aus verschiedenen Bauteilen bietet, aus denen sich das Internet der Dinge zusammensetzt. Durch das Verringern des Energiebedarfs im Kleinen soll der Energie- und Ressourcenbedarf des Systems im Allgemeinen minimiert werden.

1. ASIC für MEMS-Energy-Harvester

© Frauhofer IPMS

Prinzipdarstellung einer integrierten Energy-Harvesterbaugruppe Das System besteht aus einem MEMS-Harvester auf dem der ASIC zur Aufbereitung der gewonnen Leistung montiert ist. Das System arbeitet autark und kann mit einem Energiespeicher ergänzt werden.

Für die Verbreitung der IoT-Technolgie kommt der Energiegewinnung vor Ort eine immer größere Bedeutung zu. Damit lassen sich autark agierende Systeme aufbauen und betreiben, die ihre Energie aus der Umgebung beziehen. Im Rahmen des Projektes Zepowel steht die Entwicklung eines kompakten Bauteils bestehend aus dem MEMS-Energy-Harvester und einer integrierten Schaltung zur Aufbereitung der gewonnen Energie im Mittelpunkt. Das Bild zeigt eine Darstellung des Bauteils.

2. Elektrochemische Energiespeicher mit Festelektrolyt

Zukünftig sollen wieder aufladbare Batteriesysteme (Akkus) mit Festelektrolyt so konzipiert werden, dass sich durch optimierten Materialeinsatz und angepasste Fertigungsprozesse die „cycle-Life“- Kosten der Zelle signifikant reduzieren lassen. Der Markterfolg kann nur durch verringerten Materialeinsatz, höhere Zyklenstabilität sowie nachhaltige Produktionsbedingungen bei gleichzeitiger Performance-Verbesserung erreicht werden.

Am Fraunhofer IPMS wird an der Technologieentwicklung zur Demonstration skalierbarer Feststoff-Akkus auf Siliziumsubstrat geforscht, welche zur Versorgung zukünftiger autonomer Systeme mit geringstem Leistungsbedarf geeignet sind. Das Ziel ist die Integration eines funktionalen Schichtstapels mit einer Gesamtschichtdicke von weniger als einem Mikrometer Dicke, bei der das strukturierte Substrat als 3D Trägermaterial dient und nicht in die elektrochemischen Lade- und Entladeprozesse involviert ist. Im Ergebnis wird eine Material- und Prozesskombination demonstriert, die eine optimale Stapelfunktionalität des elektrochemischen Energiespeichers gewährleistet.

Weitere Informationen

 

Fraunhofer-Leitprojekt "Towards Zero Power Electronics"

Mit der Entwicklung einer extrem energieeffizienten und modularen Hardware wird in einem Fraunhofer-Leitprojekt die Basis für ein flächendeckendes Internet der Dinge geschaffen.