Vědci představili extrémně malou baterii pro nejmenší počítače na světě

Není to tak dávno, kdy byly počítače tak velké, že zabíraly celé místnosti. Dnes mohou být některé výpočetní jednotky tak malé jako několik smítek prachu. (Foto: TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresden)

Dokonce i vedle zrnka rýže vypadají tyto hromádky čipů o velikosti mikrometrů nekonečně malé.

Zmenšení počítačových baterií tak, aby se vešly do této velikosti, se však ukázalo jako náročnější.

Vzhledem k malému prostoru pro skladování se nejmenší počítače musí spoléhat na ultrazvuk nebo fotovoltaické články, které průběžně doplňují mikrobaterie energií z vibrací nebo slunečního světla. To má své nevýhody, protože počítač nebude fungovat bez stálého napájení nebo na tmavých místech, jako je lidské tělo.

Někteří evropští vědci proto navrhují alternativní strukturu: mikrobaterii založenou na skládání mikrotenkých vrstev jako origami.

Baterie je zatím jen prototypem, ale předběžné výsledky jsou povzbudivé.

„Existuje zoufalá potřeba vyvinout vysoce výkonné baterie pro milimetrové a submilimetrové rozměry, protože takové systémy skladování energie by usnadnily vývoj skutečně autonomních mikrosystémů,“ píší autoři.

Počítačové baterie plné velikosti jsou obvykle založeny na „mokré chemii“, což znamená, že kovové fólie, které vedou elektrický proud, jsou umístěny v kontaktu s tekutými elektrolyty, aby se vytvořil tok energie.

Čipové baterie určitého rozsahu však nemohou podporovat kapalné elektrolyty.

Vynálezci této nové mikrobaterie proto vtěsnali pevný elektrolyt mezi dva mikročipy, které jsou natřeny supertenkou vrstvou elektrod, jednou kladnou, druhou zápornou.

Tento pevný elektrolyt však není zdaleka tak účinný jako použití kapalného elektrolytu, což je právě to, co se skládá.

Složením plochého bateriového stohu do „švýcarského válce“ mohou vědci vtěsnat do malého prostoru mnohem větší plochu. Takto vlastně fungují válcové články v elektromobilech Tesla.

V měřítku milimetru krychlového je nesmírně obtížné srolovat tenké a křehké materiály do takového tvaru pomocí vnějšího tlaku.

Naštěstí existuje jiný způsob, jak přimět materiál, aby se sám složil, a říká se mu „mikroorigami“.

Tato technika funguje podobně jako rolovací roleta. Když tenký materiál přitáhnete dolů, můžete toto mechanické napětí uvolnit a celá věc vystřelí nahoru a sroluje se do válce.

ElektrodaVálec
Ilustrace vrstvených tenkých vrstev a švýcarského válce na čipu. (Zhu et al., Advanced Energy Materials, 2022).

Na čipu se výzkumníkům podařilo dosáhnout tohoto pohybu přitisknutím jedné strany tenkého materiálu, čímž v podstatě vytvořili tyč okenní rolety.

Nakonec se týmu podařilo srolovat prototyp mikrobaterie na plochu o velikosti pouhých 0,04 milimetru čtverečního, čímž dosáhli osmkrát vyšší kapacity, než by dosáhla podobně velká plochá baterie.

Autoři uvádějí, že válec se podobá standardní struktuře švýcarského válce používané ve větších bateriích, včetně nejméně dvou kolektorových vrstev, katodové vrstvy, anodové vrstvy a vrstvy elektrolytu, které se srolují dohromady.

Nejenže je tato konstrukce dobíjecí, ale výzkumníci tvrdí, že baterie v současné podobě by mohla napájet nejmenší počítače, které máme, po dobu přibližně 10 hodin. A stále je na čem pracovat.

„Tato technologie má ještě obrovský optimalizační potenciál a v budoucnu můžeme očekávat mnohem silnější mikrobaterie,“ říká fyzik Oliver Schmidt z Technické univerzity v německém Chemnitzu.

Studie byla publikována v časopise Advanced Energy Materials.

Zdroj: sciencealert.com