Батарейка размером с рисинку показала рекордную ёмкость

Очень часто заряд батареи, нужной для тех или иных научных целей, просто не получается уместить в требуемый объём. И это проблема: даже слежение за обычным лососем в воде становится крайне сложным, ибо при прохождении порогов любой наружный прибор может разбиться. В идеале он должен быть внутри организма, но как его туда поместить?

Электроника нужной миниатюрности — давно не проблема, чего не скажешь об аккумуляторах. Чтобы изменить положение, Цзе Сяо (Jie Xiao) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (США) совместила катод из фторида углерода и анод из лития и затем соединила их ламинированием в очень тонкую «скатку». Получилось что-то вроде цилиндрического «ролла» малого диаметра.

Ну а чтобы иметь максимально высокую внутреннюю площадь батареи (а именно её нехватка не позволяла пиковой мощности микроаккумулятора быть большой), исследовательница свернула слоёную пластину много раз — оборачивая внешние слои вокруг внутренних.

При этом полное внутренне сопротивление батареи за счёт большой рабочей поверхности удалось удержать в разумных пределах. Обычно высокое полное сопротивление является результатом «заторов» в движении электронов внутри батареи, и чем меньше аккумулятор, тем оно выше. Именно поэтому создать маленькие накопители с удельной ёмкостью больших считается почти невозможным.

В данном же случае — за счёт создания аккумулирующего «ролла» — электроны двигались сравнительно свободно, и, несмотря на очень малые размеры, ёмкость на единицу объёма поднялась вдвое выше, чем у устройств-аналогов.

В итоге аккумулятор весит какие-то 70 мг, то есть он в два раза легче нынешних батарей, используемых для подпитки акустических меток, которые применяются биологами для отслеживания той же рыбы. 6-миллиметровая длина и 3-миллиметровая ширина позволяют изделию легко «проникать» в организм не только взрослой рыбы, но и молоди, что раньше и вовсе было недоступно, а ёмкость в 240 Вт•ч/кг (выше, чем у больших литиевых!) даёт возможность долгое время держать метку активной и хорошо различимой даже в окрестностях больших плотин, где звуки турбин обычно мешают «услышать» рыбу.

Акустическая метка с новой микробатарейкой может посылать стандартный сигнал длиной в 744 мс каждые три секунды в течение трёх недель — или же каждые пять секунд на протяжении месяца.

Использование фторида углерода позволяет батарее не терять ёмкость даже в очень холодной воде, которую предпочитают лососи, что опять же настоящая находка для ихтиологов, и не только.

Устойчивые к холоду микробатарейки высокой ёмкости могут пригодиться во множестве приложений — от бытовой электроники до малозаметной следящей аппаратуры. Технология уже запатентована.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Scientific Reports
Подготовлено по материалам Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.