Батареи с 3D-микроструктурой превосходят суперконденсаторы

Разработанные исследователями из Иллинойского университета в Урбана-Шампань, новые микробатареи превосходят по отдаваемой мощности даже лучшие суперконденсаторы. При габаритах всего в несколько миллиметров они могут использоваться, например, для запуска автомобильного двигателя и восполняют свой заряд за считанные секунды.

Современные источники питания могут обеспечить либо высокую мощность, либо высокую емкость. Суперконденсаторы высвобождают огромное количество электроэнергии, но только в краткий интервал времени; топливные и химические элементы способны хранить огромное количество энергии, но их пиковая выходная мощность мала. В то же время питание новых приборов требует элементов, обладающих одновременно и высокой мощности и большой емкости, и чаще всего в них применяются литий-ионные батареи.

Исключительными свойствами новые батареи обязаны своей внутренней трехмерной микроструктуре. Быстрозаряжающийся катод из марганцевой соли лития с 3D-микроструктурой, созданный группой профессора материаловедения Пола Брауна (Paul Braun), был дополнен его коллегами под руководством профессора Уильяма Кинга (William P. King) соответствующим анодом из сплава олова и никеля. Кроме того, был разработан способ интеграции двух этих ключевых компонентов в микромасштабе для получения полного элемента питания с нужными характеристиками.

Анод и катод в виде чередующихся микрополос помещены на стеклянную подложку. Регулярная пористая микроструктура приводит к тому, что реакции на их поверхностях проходят очень быстро, таким образом достигается высокая мощность, 7,4  мВт на 1 см² на 1 мкм толщины, и большая сила тока.

Новые батареи позволят делать сенсоры с радиоинтерфейсом в 30 раз меньше или в такое же количество раз увеличить расстояние надежной связи с ними. Смартфоны толщиной с кредидную карточку, заряжающиеся в 1000 раз быстрее, чем сегодня, более компактные и энерговооруженные имплантируемые приборы, это немногие из возможных приложений новой технологии.

Участники работы представили ее результаты в последнем номере Nature Communications. По их заявлению, данное достижение не является итогом последовательного улучшения существующих технологий – оно ломает обычную парадигму источников питания и способно революционизировать радиокоммуникации и компактную электронику.

Изобретатели продолжают совершенствовать свои батареи, работая над их интеграцией с другими электронными компонентами и адаптацией конструкции для потребностей низкозатратного массового производства.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI