Neue Transistoren vergrössern Reichweite von E-Autos

26. März 2021 09:54

Lausanne - An der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne sind Galliumnitrid-Leistungs­wandler entwickelt worden, die doppelt so gut sind wie die bisher besten. Dank eines neuen Transistortyps verlieren sie weniger Energie durch Abwärme. Das vergrössert etwa die Reichweite von Stromautos.

Ein Ingenieursteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) hat Transistoren entworfen, die den Wirkungsgrad von Leistungswandlern wesentlich verbessern. Mit dem laut EPFL-Medienmitteilung „völlig neuen Transistordesign“ geht während des Umwandlungsprozesses von Wechselstrom (AC) zu Gleichstrom (DC) viel weniger Wärme verloren. Weil sich effizientere Chips direkt in grössere Reichweiten niederschlagen, eignen sie sich besonders gut für Hochleistungsanwendungen in Elektrofahrzeugen. Auch Solaranlagen würden mit diesen Leistungswandlern deutlich effizienter arbeiten.

Dafür bauten Elison Matioli, Leiter des POWERlab an der EPFL, und sein Doktorand Luca Nela in die Transistoren zwei Innovationen ein. Die erste besteht in mehreren leitenden Kanälen, um den Stromfluss zu verteilen. Das reduziert den Widerstand und die Wärmeabgabe um mehr als die Hälfte. Die zweite ist die Verwendung von Nanodrähten aus Galliumnitrid (GaN). Sie werden bereits in Smartphones und Laptops verwendet, nicht aber in Hochspannungsanwendungen. Diesen GaN-Nanodrähten verliehen sie zudem eine „einzigartige“ trichterförmige Struktur, die ihren Widerstand erhöht.

Dank der Kombination beider Innovationen können die Transistoren höhere Umwandlungseffizienzen in Hochleistungssystemen bieten. „Der Prototyp, den wir mit schrägen Nanodrähten gebaut haben, ist doppelt so gut wie die besten GaN-Leistungsbauelemente in der Literatur“, fasst Matioli das Ergebnis zusammen.

Das Team hat seine Arbeit in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht und mehrere Patente angemeldet. Wie es in der Mitteilung heisst, hätten mehrere grosse Hersteller Interesse an einer Zusammenarbeit mit Matioli bekundet, um diese Technologie weiterzuentwickeln. mm

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