Microbrandstofcellen worden geroemd als alternatieven voor batterijen. De productie uit honderden minuscule afzonderlijke onderdelen is echter tijdrovend en duur. Met een nieuwe techniek kunnen brandstofcellen uit keramiek economisch uit één stuk worden gemaakt.
Accu’s zijn van oudsher de achilleshiel van de notebook-techniek. Microbrandstofcellen moeten het hardnekkige probleem van de mobiele voeding oplossen, maar ondanks alle beloften van de ontwikkelaars is er tot op heden nog steeds geen betaalbare geminiaturiseerde brandstofcel voor dagelijks gebruik.
Volgens Dr. Michael Stelter van het Fraunhofer-Institut voor Keramische Technologieën en Systemen (IKTS) in Dresden komt dat onder meer doordat de kleine energiebronnen moeten worden samengebouwd uit honderden afzonderlijke filigraine delen. Dat maakt de ontwikkeling tijdrovend en de productie duur. De onderzoeker en zijn collega’s zijn daarom een nieuwe weg ingeslagen. Als materiaal gebruiken ze een speciaal keramiek, LTCC (Low Temperatured Cofired Ceramic). Dit materiaal wordt al een tijdje in de chipindustrie gebruikt als drager van micro-elektronische componenten.
Het is de onderzoekers van het IKTS gelukt met economische methoden ook niet-elektronische functie-elementen in het keramiek onder te brengen. Daarbij maken ze handig gebruik van een bijzonderheid van het materiaal: structuren kunnen niet alleen aan het oppervlak van het keramiek worden aangebracht, maar ook aan de binnenzijde. De microbrandstofcellen worden doorsneden door miniscule kanalen voor het transport van waterstof of vloeistof.
De productie is eenvoudig en goedkoop. “Uit LTCC kunnen wij een brandstofcel in een vloek en een zucht produceren”, zegt Stelter. “De methode is daarbij niet alleen economisch maar ook betrouwbaar.” Nog een voordeel: de LTCC brandstofcel kan uiteenlopende brandstoffen gebruiken: in eerste instantie waterstof (H2) en methanol (CH3OH), maar ook exoten zoals mierenzuur (HCOOH). “Dit is een zeer goede energiebron, maar het tast gangbare materialen voor brandstofcellen aan”, aldus Stelter. Het zuur tast het keramiek echter niet aan.
De onderzoekers van het IKTS werken met diverse Duitse industriële ondernemingen samen aan de nieuwe generatie brandstofcellen. Nu al produceren deze met LTCC-technologie andere producten, die wezenlijk sneller op de markt kunnen komen, bijvoorbeeld minuscule druksensoren met geïntegreerde elektronica of meetplaatjes voor de biochemische analyse.
