Autarke Sensorelemente mit integriertem Energiespeicher
Mit der Hightech-Strategie 2025 „Forschung und Innovation für die Menschen“ hat sich die Bundesregierung das Ziel gesetzt, die vielfältigen Anwendungspotentiale exzellenter Forschung noch schneller und effektiver zu identifizieren und für Wirtschaft und Gesellschaft nutzbar zu machen. Dafür muss die Brücke zwischen akademischer Forschung und ihrer wirtschaftlichen Verwertung bzw. gesellschaftlichen Anwendung weiter gestärkt werden. Die Fördermaßnahme "Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung - VIP+" setzt hier an und unterstützt Forscherinnen und Forscher dabei, Forschungsergebnisse systematisch zu validieren und Anwendungsbereiche zu erschließen.
Miniaturisierte Sensorsysteme für die Umwelt-, Gebäude- oder Anlagenüberwachung sollen viele Parameter gleichzeitig erfassen und drahtlos kommunizieren können. Für den Betrieb an unzugänglichen Orten müssen sie zudem wartungsfrei sein und über eine unabhängige, batterielose Energieversorgung verfügen. Ein wesentliches Element im Energiemanagement solcher Sensorsysteme stellen Speicherkondensatoren dar. Für zukünftige Entwicklungen kommen insbesondere im Chip-Gehäuse eingebettete Kondensatoren infrage, da externe Bauelemente großen Platzbedarf und schlechte Signaleigenschaften aufweisen.
Das Fraunhofer IPMS entwickelt Siliziumkondensatoren, die sich aufgrund ihrer geringen Aufbauhöhe besonders gut für das Einbetten im Chip-Gehäuse eignen; bei einer deutlich höheren Kapazität pro Fläche als bei klassischen oberflächenmontierten Bauteilen. Je höhere deren Kapazitätswerte sind, desto höher ist der Beitrag zur Energiespeicherung und zur Stabilisierung der Betriebsspannung.
Im Validierungsvorhaben „EnerSens“ wird der Einsatz dieser Kondensatoren am Anwendungsbeispiel passiver Sensortransponder für die Messung von Restfeuchte und Temperatur im Beton oder Estrich validiert. Die komplette Energie, die für den Betrieb von Schaltkreis und Sensorik notwendig ist, wird aus dem elektromagnetischen Feld eines Schreib-Lesegerätes gewonnen und in einem im Transponder-Chip integrierten Siliziumkondensator gespeichert. Dadurch kann auf Batterien und externe Bauelemente verzichten werden. Im Anschluss an das Vorhaben soll eine Verwertung über eine Industriekooperation erfolgen.