Usando un rollo suizo, los científicos han desarrollado la batería más pequeña del mundo.
En los primeros días de las computadoras en el siglo XX, se necesitaban grandes salas para acomodarlas. A lo largo de las décadas, las computadoras se han ido reduciendo de tamaño, y una vez que los gigantes ahora se empaquetan en todo tipo de dispositivos electrónicos portátiles. Pero para que la tecnología evolucione, también requiere que se reduzcan.
▲ Imagen de: Biblioteca en línea de Wiley
Científicos de la Universidad Tecnológica de Chemnitz han desarrollado recientemente con éxito la batería más pequeña del mundo, del tamaño de polvo.La inspiración para la realización de esta tecnología está relacionada con un alimento común: el panecillo suizo.
▲ La comparación de volumen de la micro batería y un grano de sal, la imagen proviene de: cnBeta
De hecho, hace unos años apareció una computadora con un volumen de solo 0,04 milímetros cúbicos, pero solo se puede demostrar en el laboratorio. Sin embargo, la diferencia de tamaño entre las microbaterías y la microelectrónica se ha convertido en un obstáculo fundamental para el desarrollo de sistemas inteligentes en miniatura que requieren energía en cualquier momento y en cualquier lugar, y las tecnologías existentes no pueden reducir la huella de las baterías manteniendo suficiente almacenamiento de energía.
Por lo tanto, el desarrollo de recolectores de energía y dispositivos de almacenamiento a escala submilimétrica es la clave para hacer que las computadoras del tamaño del polvo funcionen para siempre. Imitando la fabricación de baterías cilíndricas, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chemnitz utilizaron un proceso de autoensamblaje en el que las películas apiladas se enrollan en una configuración de rollo suizo para reducir la huella.
▲ Imagen de: Biblioteca en línea de Wiley
En el mundo macro, una forma efectiva de aumentar la capacidad de huella es enrollar la batería descargada en un rollo suizo. El automóvil eléctrico de Tesla aumentará la capacidad de huella de la batería en unas 28 veces, ensamblando 18,650 celdas en un paquete de baterías para proporcionar energía.
Pero lograr este diseño de rollo suizo en un chip a través de la microfabricación no es fácil, porque envolver capas delgadas y quebradizas en un chip con una fuerza externa no es un proceso de producción en masa ni lo suficientemente preciso para lograr un alto rendimiento y repetibilidad.
Por lo tanto, los investigadores convirtieron la pila de película delgada en un "rollo suizo en miniatura" al doblar o enrollar nanocapas bidimensionales en microestructuras por medio del autoensamblaje, lo que también resolvió el problema del área pequeña y la alta densidad de energía hasta cierto punto. cuestiones intratables.
▲ Imagen de: Biblioteca en línea de Wiley
Los investigadores mencionaron que la microbatería debería poder integrarse monolíticamente con otros dispositivos. Por ejemplo, esta "microbatería Swiss-roll" se puede usar en un sensor de luz. Después de enrollar la batería, el área del chip disponible puede acomodar un microsistema 3D totalmente integrado. La microbatería Swiss-roll Zn-Ag se conecta así al sensor de luz.
Además, el parámetro central que determina si estas baterías del tamaño de un polvo pueden eventualmente integrarse en microsistemas es su densidad de energía alcanzable. Los investigadores creen que un uso más práctico para las diminutas baterías es proporcionar energía como fuente de energía de respaldo en caso de una interrupción en la recolección de energía. Esto requeriría al menos unas pocas horas de energía. Por lo tanto, tienen una densidad energética mínima de 100 microvatios-hora (μWh) por centímetro cuadrado.
▲ Imagen de: Biblioteca en línea de Wiley
Tal como prevén los investigadores, las microbaterías son adecuadas para una eventual integración en pequeños chips con circuitos que podrían usarse para sensores biocompatibles en el cuerpo humano, como para detectar la recuperación después de una cirugía y el estado de los órganos.
▲Investigadores, izquierda: Zhu Minshen, derecha: Oliver G. Schmidt, imagen de: cnBeta
El profesor Oliver G. Schmidt, quien dirigió la investigación, dijo: "Esta tecnología todavía tiene un gran potencial de optimización, y podemos esperar baterías en miniatura más potentes en el futuro".
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