Die ersten Smartwatches zählten meist nur Schritte oder nörgelten zum Aufstehen. Aber heute können tragbare medizinische Geräte Stressniveaus und Schlafzyklen verfolgen oder auf unregelmäßige Herzschläge, Ovulationszyklen und niedrige Blutsauerstoffwerte überwachen; Sie können sogar eine COVID-19-Infektion spüren, bevor die Symptome auftreten.
Da diese und andere drahtlose elektronische Geräte immer beliebter werden, werden sie auch immer kleiner. Und kleinere Geräte benötigen kleinere Batterien, die mit ihren leistungsstarken Fähigkeiten mithalten können.
Deshalb hat das US-Energieministerium (DOE) Büro für fortgeschrittene Materialien und Fertigungstechnologien hat gerade den Microbattery Design Prize ins Leben gerufen, die neueste Preisherausforderung im American-Made Challenges-Programm, das vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) verwaltet wird.
Der Preis, der am 8. März 2023 für Bewerbungen geöffnet wurde, bietet einen Gesamtpreispool von 1,1 Millionen US-Dollar an Bundesmitteln und Leistungs- und Sicherheitstestdiensten mit nationalen DOE-Labors. In zwei Preisphasen treten ausgewählte Teams gegeneinander an, um Mikrobatterien zu entwickeln, die heutige Modelle in Leistung, Sicherheit und Recyclingfähigkeit übertreffen können.
Der Designpreis für Mikrobatterien wird bis zu 1,1 Millionen US-Dollar an Bundesmitteln und Leistungs- und Sicherheitsprüfungsdiensten in den nationalen Labors des DOE für innovative Batteriedesignprojekte mit geringer Kapazität vergeben, die zu verbesserter Leistung, Sicherheit und Recyclingfähigkeit führen könnten. Grafik von Besiki Kazaishvili, NREL
„Die Mikroelektronik hat die Gesellschaft in den letzten 50 Jahren verändert, zum großen Teil, weil sie weiter schrumpft“, sagte Tina Kaarsberg, Technologiemanagerin bei DOE, die die Mikroelektronikforschung leitet. „Die gleiche Rechenleistung, die einst einen großen Raum füllte, passt jetzt unter meinen Finger.“
Uhren sind nicht die einzigen Geräte, die intelligent geworden sind.
Sensoren und andere elektronische Geräte bauen Smart Homes, Fabriken, Farmen und Städte. Bald könnte eine ganze Reihe von reiskorngroßen Geräten die Raumluftqualität, Fabriksicherheitsgefahren, Brückenzustände, Pflanzengesundheit und Herzerkrankungen überwachen. Sensoren, die mit Mikrobatterien betrieben werden, könnten auch Herstellungsprozesse intelligenter machen – dazu beitragen, die Entwicklung sauberer Energietechnologien zu beschleunigen – und ein sauberes Energienetz überwachen. Da das Land dem US-Energiesystem mehr erneuerbare Energiequellen hinzufügt, könnten diese Sensoren dazu beitragen, dass das Netz weiterhin einen konstanten Strom zuverlässiger Energie liefert.
Um all diese winzigen Geräte am Laufen zu halten, müssen ihre Batterien noch kleiner sein. Neue Batteriedesigns könnten nicht nur dazu beitragen, diese intelligente Welt zu betreiben; Sie könnten auch auf spezifische Anwendungen zugeschnitten werden und eine verbesserte Effizienz, Leistung und Sicherheit bieten. Aber bisher hat sich der Bau kleinerer Batterien, die die gleiche (oder mehr) Leistung liefern, als große Herausforderung erwiesen.
Hersteller können beispielsweise keine Mikrobatterien mit den bestehenden Verfahren im großen Maßstab herstellen, die sie zur Herstellung größerer Batterien verwenden. Da Mikrobatterien eine andere Chemie als ihre größeren Gegenstücke verwenden und Hersteller nicht so viele gleichzeitig produzieren können, kann der Herstellungsprozess von Mikrobatterien oft teurer sein. Und diese zusätzlichen Kosten erschweren es, neue Mikrobatteriedesigns zu testen und sie für den kommerziellen Einsatz vorzubereiten.
Hier kommt das DOE-Büro für Advanced Materials and Manufacturing Technologies ins Spiel.
„Die Unterstützung des Prototyping und Testens von mehr Mikrobatteriedesigns kann die Schlüsselverbindung zwischen potenziellen Systementwicklern, Benutzern und Batterieherstellern darstellen, um ihre Einführung voranzutreiben und die Produktionskapazität für Batterien dieser Größe zu erhöhen“, sagte Paul Syers, Technologiemanager bei DOE.
Einzelpersonen und Teams sind berechtigt, am Microbattery Design Prize teilzunehmen, der in zwei Preisphasen namens Idee und Test unterteilt ist:
- Während der Ideenphase werden die Wettbewerber technische Designs für Mikrobatterien entwickeln, die einer bestimmten Anwendung dienen (z. B. einem implantierten medizinischen Gerät) und bestimmte Leistungsziele erfüllen (z. B. eine bestimmte Ausgangsleistung). Bis zu sechs Siegerteams erhalten die Möglichkeit, Batterieleistungs- und/oder Sicherheitstests in einem nationalen DOE-Labor durchzuführen.
- Nur die Gewinner der Ideenphase können an der Testphase teilnehmen. Während dieser zweiten Phase werden die Wettbewerber ihre Prototypen herstellen und ihre Leistung und Sicherheit sowie ihre potenziellen Kosten bewerten. Am Ende dieses Wettbewerbs entwickeln die Teilnehmer einen realistischen Plan zur Kommerzialisierung und Herstellung ihrer Technologie.
Ein Gewinner des Hauptpreises erhält 300.000 $ in bar, und bis zu zwei weitere Teams erhalten jeweils 175.000 $ in bar.
Verbesserte Mikrobatterien könnten mit erhöhten Leistungskapazitäten, Sicherheitsmaßnahmen und Vielseitigkeit ausgestattet sein. Einige dieser Fortschritte bei Mikrobatterien könnten auch auf größere Batterien angewendet werden, was breitere Bemühungen zur Verbesserung der Energiespeicherung ankurbeln würde. Sie könnten aber auch der Mikrobatterie-Fertigungsindustrie helfen, neue, optimierte Prozesse zu entwickeln, die heimische Produktion zu steigern und zuverlässige Lieferketten aufzubauen.
Letztendlich könnten diese schrittweisen Veränderungen den Vereinigten Staaten helfen, mit internationalen Herstellern zu konkurrieren und den Übergang des Landes zu einer sauberen Energiezukunft durch intelligentere Fertigung und intelligentere Netze zu beschleunigen.
„Der Microbattery Design Prize zielt darauf ab, das Design und die Herstellung von Mikrobatterien voranzutreiben“, sagte Alec Schulberg, der NREL-Preisverwalter, „damit wir unsere intelligente Zukunft vorantreiben können.“
Mit freundlicher Genehmigung von NREL. Von Caitlin McDermott-Murphy
Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie am teilnehmen können Designpreis für Mikrobatterien:
Heute gab das US-Energieministerium (DOE) die Einführung des Microbattery Design Prize bekannt. Dieser zweistufige Wettbewerb vergibt bis zu 1,1 Millionen US-Dollar an Bundesmitteln und Leistungs- und Sicherheitstestdiensten mit nationalen DOE-Labors für innovative Designprojekte für Batterien mit geringer Kapazität, die zu verbesserter Leistung, Sicherheit und Recyclingfähigkeit führen.
Der Zweck dieses Designpreises besteht darin, innovative neue Designs für Mikrobatterien voranzutreiben und ihre Kommerzialisierung und Integration in bestehende Technologien zu beschleunigen, die für eine saubere Energieerzeugung erforderlich sind, wie Sensorsysteme für verbesserte intelligente Herstellungsprozesse und Sensoren für die Netzüberwachung erneuerbarer Energiequellen als Nation setzt seinen Übergang zu einer sauberen Energiezukunft fort.
Aufgrund der mit ihrer geringen Größe verbundenen Anforderungen ist der Mikrobatteriemarkt nicht in der Lage, viele der bestehenden Herstellungsprozesse des größeren Ökosystems der Batterielieferkette zu nutzen. Dies stellt ein großes Hindernis für die Entwicklung und Kommerzialisierung neuer Mikrobatteriechemien und -designs dar und bietet gleichzeitig die Möglichkeit, die heimische Produktion zu steigern und Lieferketten zu sichern. Mikrobatterien sind nicht nur entscheidend für das Scale-up der sauberen Energieproduktion und intelligente Technologieinnovationen, sondern einige Fertigungsinnovationen, die sich aus diesem Designpreis ergeben, könnten auch auf größere Batterien angewendet werden. Mikrobatterien sind auch entscheidende Komponenten von nicht energiebezogenen Technologien, auf die sich die Gesellschaft verlässt, wie z. B. tragbare und implantierbare medizinische Geräte, was bedeutet, dass die resultierenden Designs dieses Preises Innovationen in mehreren Branchen beeinflussen könnten.
Die heutige Ankündigung markiert den Beginn der ersten von zwei Phasen des Microbattery Design Prize.
- Phase 1: Idee
In der ersten Phase werden die besten Ideen für ein neues Mikrobatteriedesign ausgewählt. In Phase 1 werden die Wettbewerber technische Entwürfe und Schaltpläne für Mikrobatterien entwickeln und einreichen, die einer bestimmten Anwendung dienen (z. B. Netzüberwachungsgeräten) und bestimmte Leistungsziele (z. B. eine bestimmte Speicherkapazität, Lebensdauer, Sicherheit oder Recyclingfähigkeit) erfüllen, die darüber hinausgehen was heute im Handel erhältlich ist. - Phase 2: Testen
Während dieser zweiten Phase werden die Teilnehmer Prototypen erstellen, die sie den nationalen DOE-Laboren für Leistungs- und Sicherheitstests vorlegen können. Die Wettbewerber werden auch daran arbeiten, die potenziellen Kosten für die Herstellung ihrer Designs im großen Maßstab zu ermitteln. Am Ende dieses Wettbewerbs entwickeln die Teilnehmer einen realistischen Plan zur Kommerzialisierung und Herstellung ihrer Technologie. Hinweis: Zur Teilnahme an Phase II kommen nur Gewählte aus Phase I in Frage.
Bewerbungen für Phase 1 sind am 1. Juli 2023 um 17:00 Uhr ET fällig. Das DOE geht davon aus, in Phase 1 bis zu sechs Auszeichnungen zu vergeben, die jeweils aus einem Geldpreis von 75.000 US-Dollar und Leistungs- und Sicherheitstestdiensten mit DOE National Laboratories bestehen. Erfahren Sie mehr über diese Preischance, einschließlich Fristen und Bewerbungsverfahren. Ein informatives Webinar findet für diesen Preis statt 12. April 2023 um 12:00 Uhr ET.
Der Microbattery Design Prize wird vom DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy’s geleitet Fortschrittliche Materialien und Fertigungstechnologien Büro (AMMTO) und verwaltet von der Nationales Labor für erneuerbare Energien (NREL). Besuche den Designpreis für Mikrobatterien Seite auf der American-Made Challenges-Website für mehr Informationen.
Ausgewähltes Bild mit freundlicher Genehmigung von Universität von Illinois.
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