Разработан прототип батареи для чипов величиной с пылинку

Компьютеры продолжают становиться всё меньше, вторгаясь в субмиллиметровый диапазон. Энергия для работы столь крошечных компьютеров может быть обеспечена преобразованием в электричество тепла, света и/или механических вибраций. Однако выходная мощность микротермоэлектрических генераторов слишком мала для таких приложений, а свет и колебания присутствуют не везде и не всегда.

Нужное решение нашла исследовательская группа, объединившая учёных из Технического университета Хемница (Германия), Института твёрдого тела и исследований материалов им. Лейбница в Дрездене (Германия) и Чанчуньского института прикладной химии (Китай).

В свежем выпуске престижного научного журнала Advanced Energy Materials они представили достаточно мощный прототип батареи, ориентированный на субмиллиметровые приложения, который с большим отрывом является самым миниатюрными мире.

Задачей членов команды было спроектировать интегрируемую в микрочип батарею размером значительно меньше одного квадратного миллиметра, которая имела бы минимальную плотность энергии 100 микроватт-часов на квадратный сантиметр.

Чтобы достичь этого, исследователи смотали токосъёмники и электродные ленты в рулон — аналогичный процесс, только в макромасштабе, использует Tesla при изготовлении аккумуляторов для своих электромобилей.

Исследователи применили так называемую технику микрооригами. Многослойная система с внутренними напряжениями создаётся последовательным нанесением тонким слоёв полимерных, металлических и диэлектрических материалов на поверхность воды. Снимая механическое напряжение, тонкие слои отслаиваиваются и  самостоятельно скручиваются в цилиндр микробатареи. По словам авторов, этот метод совместим с  существующими технологиями производства чипов и подходит для выпуска  микробатарей в массовых масштабах.
 
Используя этот метод, исследовательская группа сконструировала перезаряжаемые микробатареи, которые оказались способны питать самые маленькие в мире компьютерные чипы в течение примерно десяти часов — например, для непрерывного измерения температуры окружающей среды.

По мнению участников работы эта крошечная батарея открывает большие перспективы для микро- и наноэлектронной сенсорики и актуаторных технологий в таких областях, как Интернет Вещей (IoT), миниатюрные медицинские импланты, системы микророботов и сверхгибкая электроника.

«Наши результаты показывают обнадёживающую производительность накопителей энергии в масштабе менее квадратного миллиметра, — говорят д-р Миньшень Чжу (Minshen Zhu) и профессор Оливер Шмидт (Oliver Schmidt) из Хемница. – У этой технологии остаётся огромный потенциал для оптимизации, и мы можем надеятся в дальнейшем получить гораздо более ёмкие микробатареи».

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI