Mikroelektronik

TU Chemnitz: Energieeffiziente schaltbare Magnetfilme mit Polymer-Elektrolyten

22. Oktober 2026. Wir kennen Elektrolyte als Flüssigkeiten. Sie ermöglichen den Transport von geladenen Teilchen, etwa im Körper oder in Batterien. In einigen Anwendungen sind Flüssigkeiten jedoch unpraktisch, weil sie auslaufen könnten, eingekapselt werden müssten oder unerwünschte Nebenreaktionen zeigen, etwa die Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Ein Forschungsteam der Technischen Universität Chemnitz hat nun untersucht, inwieweit Polymerfolien als Elektrolyte für magneto-ionische Effekte anwendbar sind. Es demonstrierte elektrochemisch kontrollierbare Magnetfilme mit Polymer-Elektrolyten, die künftig sparsamere und flexiblere elektronische Bauteile ermöglichen könnten.

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Poröse Polymer-Filme können geringe Mengen an Flüssigkeit speichern und wurden als Elektrolyte zur Steuerung von Permanentmagneten eingesetzt. Foto: Danny Quint

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Das Forschungsfeld der Magneto-Ionik beschäftigt sich mit der elektrischen Steuerung von magnetischen Materialien durch elektrochemische Reaktionen. Während bei klassischen Elektromagneten große elektrische Ströme durch Spulen fließen, um Magnetfelder zu erzeugen und kontrollieren, genügen in der Magneto-Ionik wesentlich kleinere Ströme um Magnete elektrisch zu steuern. Der Strom wird dabei, wie in einer Batterie, zur elektrochemischen Umwandlung des magnetischen Materials genutzt, was die magnetischen Eigenschaften verändert. Dieses vielversprechende Rezept für neuartige magnetische Datenspeicher und Aktuatoren wird an der Professur für Elektrochemische Sensorik und Energiespeicherung unter Leitung von Prof. Karin Leistner im Rahmen des ERC-Projekts „ACTIONS“ erforscht. In Kooperation mit der Professur für Polymerchemie unter der Leitung von Prof. Michael Sommer, wurden unterschiedliche Polymer-Elektrolyte zu diesem Zweck hergestellt und getestet. Die Ergebnisse der Studie wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ publiziert.

In der vorgestellten Studie wurden unterschiedliche Arten von Polymer-Elektrolyten untersucht:

  • Elektrolytgetränkte Polymerfilme, die wie ein Vlies kleine Mengen Flüssigkeit speichern,
  • Gelartige Elektrolyte, die Ionen im Polymer transportieren,
  • Spezielle Membranen, die nur negativ geladene Ionen leiten.

Für all diese Elektrolytsysteme auf Polymerbasis konnte der magneto-ionische Effekt in Eisendünnschichten bzw. Palladium/Cobalt-Vielfachschichten experimentell nachgewiesen werden.

Batterien mit nicht-flüssigen Elektrolyten können nicht mehr auslaufen

Die interdisziplinäre Arbeit, die über das Projekt „KOSMOS“ der Sächsischen Aufbaubank (SAB) kofinanziert wurde, zeigt, dass konventionelle flüssige Elektrolyte in diesen magneto-ionischen Materialsystemen vollständig durch Polymer-Elektrolyte ersetzt werden können. Darüber hinaus wurde die Reversibilität und Energieeffizienz des magneto-ionischen Effekts durch Polymer-Elektrolyte deutlich verbessert. Dieser Effekt konnte auf die Abschwächung von Nebenreaktionen, insbesondere die elektrochemische Zersetzung von Wasser, zurückgeführt werden.

Zukünftige Datenspeicher auf Basis des magneto-ionischen Effekts können von der Vielseitigkeit solcher Polymer-Elektrolyte profitieren und deren praktische Integration in Bauelemente deutlich vereinfachen. Da im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten kein festes Gehäuse als Auslaufschutz notwendig ist, ermöglichen sie zudem flexiblere Bauformen für elektrochemische Zellen.

Publikation: Markus Gößler, Richard Weber, Michael Sommer, Karin Leistner. Magneto-ionic devices with polymer-based electrolytes, first published 08 October 2026, https://doi.org/10.1002/adfm.78857

Weitere Informationen: Dr. Markus Gößler, Professur für Elektrochemische Sensorik und Energiespeicherung, Telefon 0371 531-37533, E-Mail: markus.goessler@chemie.tu-chemnitz.de

Autor: Markus Gößler

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