Используя рулет, ученые разработали самую маленькую в мире батарею

На заре появления компьютеров в двадцатом веке для их размещения требовались большие помещения. На протяжении десятилетий компьютеры уменьшались в размерах, и когда-то гиганты теперь упакованы во всевозможную портативную электронику. Но чтобы технологии развивались, они также должны становиться меньше.

Ученые из Хемницкого технологического университета недавно успешно разработали самую маленькую в мире батарею, размером с пыль.Вдохновение для реализации этой технологии связано с обычной едой – швейцарским рулетом.

На самом деле компьютер объемом всего 0,04 кубических миллиметра появился несколько лет назад, но продемонстрировать его можно только в лаборатории. Однако несоответствие размеров между микробатареями и микроэлектроникой стало фундаментальным препятствием для разработки миниатюрных интеллектуальных систем, которым требуется питание в любое время и в любом месте, а существующие технологии не могут уменьшить площадь батарей при сохранении достаточного запаса энергии.

Таким образом, разработка устройств сбора и хранения энергии субмиллиметрового масштаба является ключом к тому, чтобы компьютеры размером с пыль работали вечно. Имитируя производство цилиндрических батарей, исследователи из Технологического университета Хемница использовали процесс самосборки, в котором сложенные в стопку пленки наматываются в виде швейцарского рулона, чтобы уменьшить занимаемую площадь.

В мире макросов эффективным способом увеличения занимаемой площади является скручивание разряженной батареи в рулон. Электромобиль Tesla должен увеличить емкость батареи примерно в 28 раз, собрав 18 650 элементов в аккумуляторную батарею для обеспечения питания.

Но добиться такой конструкции швейцарского валика на чипе с помощью микрообработки непросто, потому что наматывание тонких, хрупких слоев на чип с внешней силой не является ни процессом массового производства, ни достаточно точным для достижения высокой производительности и повторяемости.

Поэтому исследователи превратили тонкопленочный стек в «миниатюрный рулет», свернув или свернув двумерные нанослои в микроструктуры посредством самосборки, что также в некоторой степени решило проблему малой площади и высокой плотности энергии. трудноразрешимые вопросы.

Исследователи упомянули, что микробатарея должна иметь возможность монолитно интегрироваться с другими устройствами. Например, эту "микробатарею Swiss-roll" можно использовать на датчике освещенности. После того, как батарея свернута, доступная площадь чипа может вместить полностью интегрированную 3D-микросистему. Таким образом, микробатарея Swiss-roll Zn-Ag подключается к световой датчик.

Кроме того, центральным параметром, определяющим возможность интеграции этих батарей размером с пыль в микросистемы, является их достижимая плотность энергии. Исследователи считают, что более практичное использование крошечных батарей — это обеспечение энергией в качестве резервного источника питания в случае сбоя в сборе энергии. Для этого потребуется как минимум несколько часов энергии. Следовательно, они имеют минимальную плотность энергии 100 микроватт-часов (мкВтч) на квадратный сантиметр.

Как предполагают исследователи, микробатареи подходят для возможной интеграции в крошечные чипы со схемами, которые можно использовать для биосовместимых датчиков в человеческом теле, например, для определения восстановления после операции и состояния органов.

Профессор Оливер Г. Шмидт, руководивший исследованием, сказал: «Эта технология по-прежнему имеет большой потенциал для оптимизации, и мы можем рассчитывать на более мощные миниатюрные батареи в будущем».

#Добро пожаловать на официальную учетную запись Айфанер в WeChat: Айфанер (WeChat: ifanr), в ближайшее время вам будет представлен более интересный контент.

Love Faner | Исходная ссылка · Просмотреть комментарии · Sina Weibo