Usando um rolo suíço, cientistas desenvolveram a menor bateria do mundo

Nos primórdios dos computadores no século XX, eram necessárias grandes salas para acomodá-los. Ao longo das décadas, os computadores foram diminuindo de tamanho e, uma vez, os gigantes agora são embalados em todos os tipos de eletrônicos portáteis. Mas para que a tecnologia evolua, ela também exige que eles fiquem menores.

Cientistas da Universidade de Tecnologia de Chemnitz desenvolveram recentemente com sucesso a menor bateria do mundo, apenas do tamanho de uma poeira.A inspiração para a realização desta tecnologia está relacionada a um alimento comum – o rocambole.

De fato, um computador com um volume de apenas 0,04 milímetros cúbicos apareceu há alguns anos, mas só pode ser demonstrado em laboratório. No entanto, a incompatibilidade de tamanho entre microbaterias e microeletrônica tornou-se um obstáculo fundamental para o desenvolvimento de sistemas inteligentes em miniatura que exigem energia a qualquer hora, em qualquer lugar, e as tecnologias existentes não podem reduzir a pegada das baterias enquanto mantêm o armazenamento de energia suficiente.

Portanto, o desenvolvimento de coletores de energia e dispositivos de armazenamento em escala submilimétrica é a chave para fazer computadores do tamanho de poeira funcionarem para sempre. Imitando a fabricação de baterias cilíndricas, pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chemnitz usaram um processo de automontagem no qual os filmes empilhados são enrolados em uma configuração de rolo suíço para reduzir a pegada.

No mundo macro, uma maneira eficaz de aumentar a capacidade da pegada é enrolar a bateria descarregada em um rolo suíço. O carro elétrico da Tesla deve aumentar a capacidade da bateria em cerca de 28 vezes, montando 18.650 células em uma bateria para fornecer energia.

Mas alcançar esse design de rolo suíço em um chip por meio de microfabricação não é fácil, porque envolver camadas finas e quebradiças em um chip com força externa não é um processo de produção em massa nem preciso o suficiente para obter alto rendimento e repetibilidade.

Portanto, os pesquisadores converteram a pilha de filmes finos em um "rolo suíço em miniatura" dobrando ou rolando nanocamadas bidimensionais em microestruturas por meio de automontagem, o que também resolveu o problema de pequena área e alta densidade de energia até certo ponto. questões intratáveis.

Os pesquisadores mencionaram que a microbateria deve ser capaz de ser integrada monoliticamente a outros dispositivos. Por exemplo, esta "microbateria Swiss-roll" pode ser usada em um sensor de luz. Depois que a bateria é enrolada, a área de chip disponível pode acomodar um microssistema 3D totalmente integrado. A microbateria Swiss-roll Zn-Ag é assim conectada ao sensor de luz.

Além disso, o parâmetro central que determina se essas baterias do tamanho de poeira podem eventualmente ser integradas em microssistemas é sua densidade de energia alcançável. Os pesquisadores acreditam que um uso mais prático para as pequenas baterias é fornecer energia como fonte de energia de backup no caso de uma interrupção na colheita de energia. Isso exigiria pelo menos algumas horas de energia. Portanto, eles têm uma densidade de energia mínima de 100 microwatts-hora (μWh) por centímetro quadrado.

Como os pesquisadores imaginam, as microbaterias são adequadas para eventual integração em minúsculos chips com circuitos que poderiam ser usados ​​para sensores biocompatíveis no corpo humano, como detectar a recuperação após a cirurgia e a condição dos órgãos.

O professor Oliver G. Schmidt, que liderou a pesquisa, disse: "Esta tecnologia ainda tem um grande potencial de otimização, e podemos esperar baterias em miniatura mais poderosas no futuro".

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