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Flüssigantrieb für Computer der Zukunft: Neue Batterien liefern Strom und Kühlflüssigkeit gleichzeitig

Eine Batterie, die einen Computer mit Strom versorgt und dessen Prozessoren gleichzeitig kühlt, haben Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich gemeinsam mit Kollegen von IBM Research entwickelt. Es handelt sich um eine Redox-Flow-Batterie, auch Flussbatterie genannt. Normalerweise sind das großformatige Stromspeicher, die eingesetzt werden, um überschüssigen Wind- und Solarstrom zu puffern. Den Forschern in Zürich ist es gelungen, ein so kleines Exemplar zu bauen, dass es in einen Laptop passt.

In künftigen Computern könnten dreidimensionale, gestapelte Chips zum Einsatz kommen. Flussbatterien könnten sie mit Energie versorgen und gleichzeitig kühlen. (Bild: Courtesy IBM Research Zurich)

Auftanken statt aufladen

Redox-Flow-Batterien besitzen zwei Tanks mit ähnlichen, aber unterschiedlichen Elektrolyten. Wenn sie Strom erzeugen sollen werden die Elektrolyte in die eigentliche Batterie gepumpt. Hier findet ein Elektronenaustausch statt, es kann ein Strom fließen. Die Flüssigkeiten berühren sich dabei nicht, weil sie voneinander durch eine teildurchlässige Membran getrennt sind. Zudem können die Flüssigkeiten außerhalb der Batterieanordnung aufbereitet werden. Um den Akku zu laden, müssen lediglich die Flüssigkeiten ausgetauscht werden.

Stapel aus Prozessoren und Batterien

„Wir sind die ersten Wissenschaftler, die eine so kleine Flussbatterie bauen, um damit Stromversorgung und Kühlung zu kombinieren“, sagt Julian Marschewski, Doktorand in der Forschergruppe um Dimos Poulikakos, Professor für Thermodynamik an der Züricher Hochschule. Das ist dennauch der Clou. Die Flüssigkeiten, die durch die Batterie gepumpt werden, kühlen gleichzeitig die Chips. Die Forscher stellen sich das so vor: Mehrere oder gar zahlreiche Mikroprozessoren werden übereinandergestapelt. Zwischen zweien befindet sich jeweils eine Batterie. Diese ist gerade mal 1,5 Millimeter dick. Bisher ist die angepeilte Stapelbauweise nicht machbar, weil sich die entstehende Wärme nicht abführen lässt.

Solarzelle wird zum Stromspeicher

Mini-Flussbatterien lassen sich auch anderweitig nutzen, zur Stromversorgung und gleichzeitigen Kühlung von Halbleiterlasern etwa. Oder in Solarzellen, die damit gleichzeitig zu Stromspeichern würden. Allerdings gibt es noch einen Haken: Die winzigen Batterien liefern noch nicht genug Strom, um einen Mikroprozessor zu versorgen. In Zusammenarbeit mit der Industrie soll sie jetzt optimiert werden.

 

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