Продолжающаяся миниатюризация электроники требует постоянного переосмысления устройств, которые ее питают, и новый пример ученых из Технологического университета Хемница вывел эту технологию на крошечную новую территорию. Используя то, что описывается как процесс самосборки, вдохновленный швейцарским рулетом, исследователи создали самую маленькую в мире батарею, которая, по их словам, может найти применение для питания небольших датчиков в человеческом теле, среди других приложений.
Новаторское решение для хранения энергии было создано с помощью так называемого процесса Swiss-Roll, вдохновленного бисквитами, цилиндрически свернутыми с толстыми слоями джема внутри. Но вместо того, чтобы обратиться к сахару и муке, ученые наслаивали токосъемники и электродные полоски из полимерных, металлических и диэлектрических материалов на натянутую поверхность пластины.
При отслаивании этих отдельных слоев напряжение снимается, и материалы отскакивают, сворачиваясь друг вокруг друга, приобретая ту же архитектуру, что и бисквитный рулет, создавая «самозакручивающаяся цилиндрическая микробатарея». Это устройство меньше одного квадратного миллиметра в поперечнике и размером с пылинку, с минимальной плотностью энергии 100 микроватт-часов на квадратный сантиметр.
Ученые изготовили самую маленькую в мире батарею размером меньше крупинки соли. Фото: TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresden.
По словам исследователей, эти свойства делают батарею пригодной для возможной интеграции в крошечные чипы с электрическими цепями, которые могут принимать форму биосовместимых датчиков в человеческом теле. Мы видели, как эти типы устройств можно использовать для всего: от отслеживания уровня кислорода в глубоких тканях и мониторинга восстановления после операций до наблюдения за жизненно важными органами.
Но многие из этих типов датчиков полагаются на методы сбора энергии я выработки электроэнергии, например, преобразования механических вибраций в энергию или улавливания тепла для той же цели. Но это не будет работать во всех сценариях, например, внутри человеческого тела. Ученые видят в своем типе перезаряжаемой микробатареи, которая, по их словам, может питать самые маленькие в мире компьютерные чипы в течение примерно 10 часов, как решение этой проблемы. Другие возможные области применения включают роботизированные системы и сверхгибкую электронику.
«Эта технология по-прежнему обладает огромным потенциалом оптимизации, и в будущем мы можем ожидать появления гораздо более мощных микробатарей», — сказал профессор Оливер Шмидт, который руководил исследованием.
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Energy Materials.
Источник: Chemnitz University of Technology via AlphaGalileo.
