Cea mai mică baterie din lume poate alimenta un computer de mărimea unui fir de praf

Cea mai mică baterie din lume a trebuit să depășească două obstacole: să ofere o sursă de energie integrată în cip care să poată fi folosită oricând și oriunde și dificultatea de a produce așa ceva.

Computerele devin din ce în ce mai mici, la fel cum telefoanele mobile actuale oferă o putere de calcul similară cu cea a unui laptop. Și tendința de miniaturizare continuă. Dispozitivele microelectronice inteligente, cum ar fi sistemele de senzori biocompatibili din corp, necesită computere și baterii mai mici decât un fir de praf, scrie Tech Xplore.

• Universul invizibil dezvăluie noi indicii despre materia întunecată
• De ce ni se pare că luna decembrie „vine mai devreme” în fiecare an?

În numărul actual al Advanced Energy Materials, Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Dr. Minshen Zhu și alți cercetători  prezintă o soluție la aceste provocări.

Ei discută despre modul în care „praful inteligent” alimentat de baterii poate fi realizat la scară submilimetrică și prezintă cea mai mică baterie din lume, de departe, ca pe un prototip orientat spre aplicație.

„Rezultatele noastre arată performanțe încurajatoare de stocare a energiei la scara de sub 1 milimetru pătrat”, spune dr. Minshen Zhu, iar prof. Oliver Schmidt adaugă: „Există un potențial de optimizare uriaș pentru această tehnologie și ne putem aștepta la microbaterii mult mai puternice în viitor”.

Dincolo de limitele miniaturizării

Energia necesară pentru a opera computere mici la scară submilimetrică poate fi furnizată prin dezvoltarea de baterii adecvate sau prin metode de „recoltare” pentru a genera electricitate.

În zona „recoltării”, generatoarele micro-termoelectrice, de exemplu, transformă căldura în electricitate, dar puterea lor de ieșire este prea mică pentru a alimenta cipuri de dimensiunea prafului. Vibrațiile mecanice sunt o altă sursă de energie pentru alimentarea dispozitivelor la scară mică. Mini-celulele fotovoltaice care transformă lumina în energie electrică pe cipuri mici sunt, de asemenea, promițătoare.

Însă lumina și vibrațiile nu sunt disponibile în orice moment și în toate locurile, ceea ce face imposibilă operarea la cerere în multe medii. Acesta este cazul, de exemplu, pentru corpul uman, unde senzorii și actuatoarele minuscule necesită o alimentare continuă. Bateriile mici și puternice ar putea rezolva această problemă.

Cu toate acestea, producția de baterii minuscule este foarte diferită de omologii lor de zi cu zi. De exemplu, bateriile compacte cu densitate mare de energie, bateriile-buton de exemplu, sunt fabricate folosind chimie umedă.

Materialele electrozilor și aditivii (materiale de carbon și lianți) sunt prelucrate într-o suspensie și aplicate pe o folie metalică. Microbateriile pe cip produse folosind astfel de tehnologii standard pot furniza o energie și o densitate de putere bune, dar au o amprentă mult mai mare de un milimetru pătrat.

Micșorând tehnologia Tesla pentru a crea cea mai mică baterie

Filmele subțiri stivuite, electrozii sau microelectrozii interdigitați sunt utilizați pentru fabricarea bateriilor pe cip. Doar că aceste modele suferă adesea de o stocare inferioară a energiei, iar amprenta acestor baterii nu poate fi redusă semnificativ sub un milimetru pătrat.

Scopul Prof. Schmidt, Dr. Zhu și al membrilor echipei a fost, prin urmare, să proiecteze o baterie cu o suprafață semnificativ mai mică de un milimetru pătrat și integrabilă pe un cip, care are o densitate minimă de energie de 100 microwați-oră pe centimetru pătrat.

Pentru a realiza acest lucru, echipa a înfășurat colectoare de curent și benzi de electrozi la microscară, un proces similar folosit și de Tesla la scară largă pentru a fabrica bateriile pentru mașinile sale electrice.

Micro origami

Cercetătorii folosesc un proces numit „Swiss-Roll” (ruladă) sau „micro origami”. Un sistem stratificat cu tensiune inerentă este creat prin aplicarea consecutivă a unor straturi subțiri de materiale polimerice, metalice și dielectrice pe o suprafață a plachetei.

Tensiunea mecanică este eliberată prin desprinderea straturilor subțiri care apoi se strâng automat înapoi pentru a se rula într-o arhitectură Swiss-Roll. Astfel, nu sunt necesare forțe exterioare pentru a crea o astfel de micro-baterie cilindră cu bobinare automată. Metoda este compatibilă cu tehnologiile consacrate de fabricare a cipurilor și este capabilă să producă micro-baterii de mare capacitate pe o plăcuță semiconductoare.

Folosind această metodă, echipa de cercetare a produs microbaterii reîncărcabile care ar putea alimenta cele mai mici cipuri de computer din lume timp de aproximativ zece ore: de exemplu, pentru a măsura în mod continuu temperatura ambientală locală.

Cea mai mică baterie din lume are un mare potențial pentru viitoarele tehnologii senzoriale și de acționare micro și nanoelectronice în domenii precum internetul obiectelor, implanturile medicale miniaturizate, sistemele microrobotice și electronicele ultra-flexibile.

Vă recomandăm să citiți și:

Ce s-a întâmplat după ce doi bolnavi de cancer au primit celule imunitare modificate genetic?

O companie anunță că a creat roșiile modificate genetic care conțin substanțe psihoactive

Va apărea robotul care poate merge în siguranță pe trotuare. Ce sarcini poate îndeplini

Așa-zisele „răpiri de către extratereștri” ar putea fi cauzate de visele lucide. Ce au descoperit cercetătorii ruși