Finlands tekniska forskningscentrum för VTT utvecklade en extremt effektiv energilagring i liten storlek, en mikro-superkondensator, som kan integreras direkt inuti ett kisel -mikrokretschip. Den miniatyriserade energilagringens höga energi och effekttäthet är beroende av det nya hybridnanomaterial som nyligen utvecklats vid VTT. Denna teknik öppnar nya möjligheter för integrerade mobila enheter och banar väg för autonoma enheter med noll effekt som krävs för framtida sakernas internet (IoT).

Superkondensatorer liknar elektrokemiska batterier. Dock, i motsats till till exempel litiumjonbatterier från mobiltelefoner, som använder kemiska reaktioner för att lagra energi, superkondensatorer lagrar huvudsakligen elektrostatisk energi som är bunden vid gränssnittet mellan flytande och fasta elektroder. På samma sätt som batterier är superkondensatorer vanligtvis diskreta enheter med många olika användningsfall från små elektroniska prylar till de stora energilagren hos elfordon.

Superkondensatorns energi och effekttäthet beror på de fasta elektrodernas yta och konduktivitet. VTT:s forskargrupp har utvecklat en hybrid nanomaterialelektrod, som består av poröst kisel belagt med några nanometer tjockt titanitridlager genom atomskiktsavsättning (ALD). Detta tillvägagångssätt leder till en rekordstor ledande yta i en liten volym. Införande av jonisk vätska i en mikrokanal som bildas mellan två hybridelektroder resulterar i extremt liten och effektiv energilagring.

Den nya superkondensatorn har utmärkt prestanda. För första gången, kiselbaserad mikro-superkondensator tävlar med de ledande kol- och grafenbaserade enheterna i kraft, energi och hållbarhet.

Mikro-superkondensatorer kan integreras direkt med aktiva mikroelektroniska enheter för att lagra elektrisk energi som genereras av olika termiska, skördare av ljus och vibrationer och för att leverera elektrisk energi vid behov. Detta är viktigt för autonoma sensornätverk, bärbar elektronik och mobilelektronik från IoT.

VTT:s forskargrupp tar integrationen till det yttersta genom att integrera det nya nanomaterialet mikro-superkondensator energilagring direkt inuti ett kiselchip. Den demonstrerade superkondensatortekniken i chip gör det möjligt att lagra energi på upp till 0,2 joule och en imponerande kraftgenerering på 2 watt på ett kvadratcentimeter kiselchip. Samtidigt lämnar det chipets yta tillgänglig för aktiva integrerade mikrokretsar och sensorer.