Ученые представили микробатарею для самых маленьких компьютеров
Не так давно компьютеры были такими большими, что занимали целые комнаты. Сегодня некоторые процессоры могут быть размером с несколько пылинок. Однако уменьшение компьютерных батарей до такого размера оказалось более сложной задачей.
Самые маленькие компьютеры сейчас работают на ультразвуковых или фотогальванических элементах — микробатарейки постоянно заряжаются энергией от вибраций или солнечного света. В этом есть свои минусы, так как компьютер не будет работать без постоянного источника питания или в темных местах.
Ученые из Германии предлагают альтернативу: микробатарею, основанную на складывании микротонких слоев, подобных оригами. Аккумулятор пока является лишь прототипом, но предварительные результаты обнадеживают.
Научная статья опубликована в Advanced Energy Materials, кратко о ней пишет Science Alert.
«Существует острая необходимость в разработке высокопроизводительных батарей для миллиметровых и субмиллиметровых размеров, потому что такие системы хранения энергии облегчили бы разработку действительно автономных микросистем», — пишут авторы.
Полноразмерные компьютерные батареи обычно основаны на «мокрой химии». Это означает, что металлическая фольга, проводящая электричество, контактирует с жидкими электролитами для создания потока энергии. Однако батареи на основе микросхем не могут поддерживать жидкие электролиты. Изобретатели новой микробатареи поместили твердый электролит между двумя микрочипами, покрытыми сверхтонкой пленкой электродов — один положительный, другой отрицательный. Этот твердый электролит, однако, далеко не так эффективен, как жидкий.
Свернув плоскую батарею в «цилиндр с швейцарским рулетом», ученые могут втиснуть гораздо большую площадь поверхности в ограниченное пространство. Именно так работают ячейки цилиндров в электромобилях Tesla.
В масштабе кубического миллиметра чрезвычайно сложно свернуть тонкие и хрупкие материалы в такую форму с помощью внешнего давления. Но есть еще один способ заставить материал складываться сам по себе, он называется «микрооригами». Техника работает как жалюзи на окнах. Материал тянется вниз, потом можно отпустить это механическое напряжение, и все поднимется вверх и свернется в цилиндр. Исследователи смогли добиться этого движения, придавив одну сторону тонкого материала, чтобы создать, по сути, планку оконной жалюзи.
Команда ученых смогла свернуть прототип микробатареи на площади всего 0,04 мм2, обеспечив емкость в восемь раз выше, чем у плоской батареи аналогичного размера. Мало того что конструкция является перезаряжаемой, исследователи говорят, что батарея в ее нынешнем виде может питать самые маленькие компьютеры в течение примерно десяти часов.
«Эта технология обладает огромным потенциалом оптимизации, и в будущем мы можем ожидать появления гораздо более мощных микробатарей», — говорит физик Оливер Шмидт из Хемницкого технологического университета в Германии.
