Ученые представили сверхмалый аккумулятор для самых маленьких компьютеров в мире

Не так давно было время, когда компьютеры были настолько большими, что занимали целые комнаты. Сегодня некоторые вычислительные блоки могут быть такими же маленькими, как несколько пылинок.

Даже рядом с рисовым зерном эти стопки микросхем микрометрового размера выглядят бесконечно малыми. 

Однако уменьшить компьютерные батареи до таких размеров оказалось более сложной задачей.

Имея мало места для хранения, самые крошечные компьютеры должны полагаться на ультразвук или фотоэлектрические элементы, чтобы постоянно пополнять микробатареи энергией от вибраций или солнечного света. Это имеет свои недостатки, поскольку компьютер не сможет работать без постоянного источника питания или в темных местах, таких как человеческое тело.

Поэтому некоторые ученые в Европе предлагают альтернативную структуру: микробатарею, основанную на складывании микротонких слоев, как оригами.

Пока батарея является лишь прототипом, но предварительные результаты обнадеживают.

"Существует отчаянная необходимость в разработке высокопроизводительных батарей для миллиметровых и субмиллиметровых размеров, поскольку такие системы хранения энергии будут способствовать развитию действительно автономных микросистем", - пишут авторы.

Полноразмерные компьютерные батареи обычно основаны на "мокрой химии", то есть металлические фольги, проводящие электричество, помещаются в контакт с жидким электролитом для создания потока энергии.

Однако батареи на основе чипов определенного масштаба не могут поддерживать жидкие электролиты.

Поэтому изобретатели новой микробатареи зажали твердый электролит между двумя микрочипами, на которые нанесена сверхтонкая пленка электродов, один положительный, другой отрицательный.

Однако этот твердый электролит не так эффективен, как жидкий, и в этом случае на помощь приходит складывание.

Скручивая плоскую батарею в "швейцарский цилиндр", ученые могут втиснуть гораздо больше площади поверхности в ограниченное пространство. Именно так работают цилиндрические батареи в электромобилях Tesla.

В масштабах кубического миллиметра чрезвычайно трудно свернуть тонкие и хрупкие материалы в такую форму с помощью внешнего давления.

К счастью, существует другой способ заставить материал складываться самостоятельно, и называется он "микро-оригами".

Этот метод похож на сворачивание штор. Когда тонкий материал стягивается, вы можете ослабить механическое натяжение, и вся конструкция поднимется вверх и свернется в цилиндр.

На чипе исследователи смогли добиться этого движения, прижав одну сторону тонкого материала, чтобы создать, по сути, планку оконной шторы.

В конечном итоге, команда смогла свернуть прототип микробатареи в цилиндр площадью всего 0,04 миллиметра в квадрате, обеспечив емкость в восемь раз выше, чем у плоской батареи аналогичного размера.

Авторы говорят, что цилиндр напоминает стандартную структуру швейцарского вала, используемую в более крупных батареях, включая по меньшей мере два коллекторных слоя, катодную пленку, анодную пленку и пленку электролита, свернутые вместе.

Эта конструкция не только перезаряжаема, исследователи утверждают, что батарея в ее нынешнем виде может питать самые маленькие компьютеры в течение примерно 10 часов. И над этим еще предстоит поработать.

"У этой технологии еще есть огромный потенциал для оптимизации, и в будущем мы можем ожидать гораздо более мощных микробатарей", - говорит физик Оливер Шмидт из Технологического университета Хемница в Германии.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Energy Materials.