Utilizzando un rotolo svizzero, gli scienziati hanno sviluppato la batteria più piccola del mondo

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Agli albori dei computer, nel ventesimo secolo, erano necessarie stanze grandi per ospitarli. Nel corso dei decenni, i computer si sono ridotti di dimensioni e un tempo i colossi sono ora confezionati in tutti i tipi di dispositivi elettronici portatili. Ma affinché le tecnologie si evolvano, devono anche diventare più piccole.

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▲ Immagine da: Wiley Online Library

Gli scienziati della Chemnitz University of Technology hanno recentemente sviluppato con successo la batteria più piccola del mondo, grande solo come una polvere.L’ispirazione per la realizzazione di questa tecnologia è legata a un cibo comune: il panino svizzero.

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▲ Il confronto del volume della micro batteria e un granello di sale, l’immagine proviene da: cnBeta

In effetti, qualche anno fa è apparso un computer con un volume di soli 0,04 millimetri cubi, ma può essere dimostrato solo in laboratorio. Tuttavia, la mancata corrispondenza delle dimensioni tra microbatterie e microelettronica è diventata un ostacolo fondamentale allo sviluppo di sistemi intelligenti in miniatura che richiedono alimentazione sempre e ovunque e le tecnologie esistenti non possono ridurre l’impronta delle batterie pur mantenendo un sufficiente accumulo di energia.

Pertanto, lo sviluppo di raccoglitori di energia e dispositivi di accumulo su scala submillimetrica è la chiave per far funzionare per sempre computer di dimensioni ridotte. Imitando la produzione di batterie cilindriche, i ricercatori della Chemnitz University of Technology hanno utilizzato un processo di autoassemblaggio in cui i film impilati vengono avvolti in una configurazione Swiss roll per ridurre l’ingombro.

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▲ Immagine da: Wiley Online Library

Nel mondo macro, un modo efficace per aumentare la capacità di ingombro è avvolgere la batteria scarica in un rotolo svizzero. L’auto elettrica di Tesla aumenterà la capacità di ingombro della batteria di circa 28 volte, assemblando 18.650 celle in un pacco batteria per fornire energia.

Ma ottenere questo design Swiss roll su un chip attraverso la microfabbricazione non è facile, perché avvolgere strati sottili e fragili su un chip con forza esterna non è né un processo di produzione di massa né sufficientemente accurato per ottenere un’elevata resa e ripetibilità.

Pertanto, i ricercatori hanno convertito la pila di film sottile in un “rotolo svizzero in miniatura” piegando o arrotolando nanostrati bidimensionali in microstrutture mediante l’autoassemblaggio, che ha anche risolto in una certa misura il problema della piccola area e dell’elevata densità di energia. questioni intrattabili.

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▲ Immagine da: Wiley Online Library

I ricercatori hanno affermato che la microbatteria dovrebbe essere in grado di essere integrata monoliticamente con altri dispositivi. Ad esempio, questa “microbatteria Swiss-roll” può essere utilizzata su un sensore di luce. Dopo che la batteria è stata arrotolata, l’area chip disponibile può ospitare un microsistema 3D completamente integrato. La microbatteria Zn-Ag Swiss-roll è quindi collegata al sensore di luce.

Inoltre, il parametro centrale che determina se queste batterie delle dimensioni di una polvere possono eventualmente essere integrate nei microsistemi è la loro densità di energia ottenibile. I ricercatori ritengono che un uso più pratico delle minuscole batterie sia quello di fornire energia come fonte di alimentazione di riserva in caso di interruzione della raccolta di energia. Ciò richiederebbe almeno alcune ore di energia. Pertanto, hanno una densità di energia minima di 100 microwattora (μWh) per centimetro quadrato.

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▲ Immagine da: Wiley Online Library

Come immaginano i ricercatori, le microbatterie sono adatte per un’eventuale integrazione in minuscoli chip con circuiti che potrebbero essere utilizzati per sensori biocompatibili nel corpo umano, come per rilevare il recupero dopo l’intervento chirurgico e le condizioni degli organi.

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▲ Ricercatori, a sinistra: Zhu Minshen, a destra: Oliver G. Schmidt, foto da: cnBeta

Il professor Oliver G. Schmidt, che ha guidato la ricerca, ha dichiarato: “Questa tecnologia ha ancora un grande potenziale di ottimizzazione e possiamo aspettarci batterie in miniatura più potenti in futuro”.

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