À l’aide d’un rouleau suisse, des scientifiques ont développé la plus petite batterie au monde

Aux débuts des ordinateurs au XXe siècle, il fallait de grandes salles pour les accueillir. Au fil des décennies, la taille des ordinateurs a diminué et, autrefois, les mastodontes sont désormais intégrés à toutes sortes d'appareils électroniques portables. Mais pour que les technologies évoluent, elles doivent aussi devenir plus petites.

Des scientifiques de l'Université de technologie de Chemnitz ont récemment développé avec succès la plus petite batterie du monde, seulement la taille de la poussière.L'inspiration pour la réalisation de cette technologie est liée à un aliment courant – le rouleau suisse.

En fait, un ordinateur d'un volume de seulement 0,04 millimètre cube est apparu il y a quelques années, mais il ne peut être démontré qu'en laboratoire. Cependant, l'inadéquation de la taille entre les microbatteries et la microélectronique est devenue un obstacle fondamental au développement de systèmes intelligents miniatures qui nécessitent de l'énergie à tout moment, n'importe où, et les technologies existantes ne peuvent pas réduire l'empreinte des batteries tout en maintenant un stockage d'énergie suffisant.

Par conséquent, le développement de récupérateurs d'énergie et de dispositifs de stockage à l'échelle submillimétrique est la clé pour faire fonctionner indéfiniment des ordinateurs de la taille d'une poussière. Imitant la fabrication de batteries cylindriques, des chercheurs de l'Université de technologie de Chemnitz ont utilisé un processus d'auto-assemblage dans lequel des films empilés sont enroulés dans une configuration de rouleau suisse pour réduire l'encombrement.

Dans le monde macro, un moyen efficace d'augmenter la capacité d'empreinte consiste à enrouler la batterie déchargée dans un rouleau suisse. La voiture électrique de Tesla doit augmenter la capacité d'empreinte de la batterie d'environ 28 fois, en assemblant 18 650 cellules dans une batterie pour fournir de l'énergie.

Mais la réalisation de cette conception de rouleau suisse sur une puce par microfabrication n'est pas facile, car l'emballage de couches minces et cassantes sur une puce avec une force externe n'est ni un processus de production de masse ni suffisamment précis pour obtenir un rendement et une répétabilité élevés.

Par conséquent, les chercheurs ont converti l'empilement de couches minces en un "rouleau suisse miniature" en pliant ou en roulant des nanocouches bidimensionnelles en microstructures au moyen d'un auto-assemblage, ce qui a également résolu le problème de la petite surface et de la densité d'énergie élevée dans une certaine mesure. problèmes insolubles.

Les chercheurs ont mentionné que la microbatterie devrait pouvoir être intégrée de manière monolithique avec d'autres appareils. Par exemple, cette "microbatterie Swiss-roll" peut être utilisée sur un capteur de lumière. Une fois la batterie enroulée, la zone de puce disponible peut accueillir un microsystème 3D entièrement intégré. La microbatterie Swiss-roll Zn-Ag est ainsi connectée au capteur de lumière.

De plus, le paramètre central qui détermine si ces batteries de la taille d'une poussière peuvent éventuellement être intégrées dans des microsystèmes est leur densité d'énergie réalisable. Les chercheurs pensent qu'une utilisation plus pratique des minuscules batteries consiste à fournir de l'énergie comme source d'alimentation de secours en cas d'interruption de la récupération d'énergie. Cela nécessiterait au moins quelques heures d'énergie. Par conséquent, ils ont une densité d'énergie minimale de 100 microwattheures (μWh) par centimètre carré.

Comme l'envisagent les chercheurs, les microbatteries sont adaptées à une éventuelle intégration dans de minuscules puces avec des circuits qui pourraient être utilisés pour des capteurs biocompatibles dans le corps humain, par exemple pour détecter la récupération après une intervention chirurgicale et l'état des organes.

Le professeur Oliver G. Schmidt, qui a dirigé la recherche, a déclaré : "Cette technologie a encore un grand potentiel d'optimisation, et nous pouvons nous attendre à des batteries miniatures plus puissantes à l'avenir."

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