Wechselstrombatterie
Elektronische Energiespeicherung auf dem Chip
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Spezifizierung des Halbleiterspeichers
Für die elektrische Energiespeicherung sollen nun ausschließlich integrierte Gyrator-Schaltungen herangezogen werden, die mit Kondensatoren Schwingkreismodule und damit Speicherzellen darstellen und in einer viellagigen Matrixanordnung eine Wechselstrombatterie nachbilden. Die komplette Schaltungsanordnung mit der dreidimensionalen Kondensator-Matrix, den Gyrator-Verstärkern und den zugehörigen Widerständen kann vollständig auf einem Substrat integriert werden.
Bereits im Jahre 1949 wurde im Übrigen von Siemens & Halske in Berlin eine Schaltung in Form eines Halbleiterverstärkers vorgestellt, die es ermöglichte, auf einem Substrat mehrere Transistoren zu integrieren und somit im Prinzip die elektronischen Schaltungen zu miniaturisieren [1]. Zwischenzeitlich ist es möglich, auf einem einzigen Substrat mehrere Milliarden Speicherzellen zu integrieren. Das hier verwendete Speicherprinzip ähnelt grundsätzlich dem eines DRAM-Speichers. Die hierzu verwendeten Transistoren werden heute in Nanometer-Strukturbreiten hergestellt.
Ein Kennzeichen des DRAM ist die Kombination aus einer sehr hohen Datendichte auf einer kleinen Chip-Fläche, verbunden mit vergleichsweise geringen Herstellungskosten. Der Aufbau einer einzelnen DRAM-Speicherzelle ist ungemein einfach: Sie besteht aus einem Kondensator und einem MOSFET. Die Information wird als elektrische Ladung in einem Kondensator gespeichert. Es bietet sich daher an, nach Möglichkeiten zu suchen, wie das Prinzip der integrierten elektrischen Ladung ebenfalls Anwendung finden könnte, um damit größere Mengen von elektrischer Energie direkt auf einem Chip zu speichern.
|
Die Merkmale der Wechselstrombatterie |
|---|
|
- Hochenergetischer integrierter Speicher, ausgeführt als Halbleiterverstärker - Konstruiert auf der Basis von Halbleiterkondensatoren sowie eines integrierten Schwingkreises - Verwendung von Gyratoren (Richtungsphasenschieber) - Speicherzellenanordnung in Form einer dreidimensionalen Matrix - Komplette Schaltungsanordnung auf einem monolithisch integrierten Halbleitersubstrat (Multi-Layer-Substrat) - Ersatz der Spulen, daher geringe Verluste - Grundlage: MEDEA+/IKT-2020-Programm - Hohe Anzahl an Ladezyklen (analog der Transistorlebensdauer) - Keine Verschlammung wie bei den herkömmlichen Bleibatterien - Aufbau ausschließlich elektronisch unter Verwendung von elektronischen Speicherzellen (Clustern) - Keine „Alchemistenküche“ (chemische Elemente) mehr - Kurzschlussfest - Lageunabhängig - Höchste Energiedichte >3 kWh/kg - Viellagig integrierte Kondensatoren - High-k-Materialien als Isolator - Hohe Kapazitätsdichte von 24 fF/µm² - Netzwerkanalyse mit anschließender Netzwerksynthese - Niedriger Preis durch Entfall teurer Rohstoffe
|
Die Merkmale der Wechselstrombatterie
- Elektronische Energiespeicherung auf dem Chip
- Spezifizierung des Halbleiterspeichers
- Der Gyrator als Basisbaustein
- Funktion der kompletten Schaltungsanordnung
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Batteriemanagement
Autarke Stromspeicher
Akku/Batterien
Den Akku auf den Chip setzen
PCIM 2014
Batterietechnik - Von Akkumanagement bis Qi-Receiver
