Создана сверхминиатюрная аккумуляторная 3D батарея

Создана сверхминиатюрная аккумуляторная 3D батарея

Аккумуляторные батареи изготавливают в любой форме и размерах, какие только можно представить. Однако современная электроника стремительно мельчает и тончает. Какой в таких условиях применить аккумулятор без риска снижения энергетических потребностей? Получается, аккумуляторные батареи современных цифровых систем бросают вызов инженерам, занимающимся разработкой АКБ.

Теперь актуальны аккумуляторные батареи, которым требуется крайне малое пространство внутри техники. Но производительность должна оставаться на высоком уровне. Конструкторам США пришлось использовать нетрадиционные методы, чтобы достичь этих критериев. В результате создали мощную трехмерную литий-ионную АКБ, размерами не более ста вместе сложенных зёрен поваренной соли.

Малоразмерная аккумуляторная батарея

Фотографии разработки и частичное описание нового технологичного источника питания расписаны в майском номере журнала «Joule».

Публикация начинается анонсом старшего разработчика — Брюса Данна, профессора инженерии и материаловедения Калифорнийского университета Лос-Анджелеса (UCLA):

Нам пришлось переконструировать батарею, подобно перестройке ранчо Калифорнии на небоскрёб Нью-Йорка.

При изготовлении 3D конструкции АКБ использовались новые полупроводниковые технологии и конформный электролит. Благодаря этим компонентам, удалось сделать конструкцию, полностью совместимую с малогабаритными цифровыми устройствами.

Даже самые инновационные двухмерные батареи уступают новинке. Аккумуляторы 2D ограничены по формам, в которых могут производиться. Основа двухмерной системы — расположение анода и катода в связке с ионно-проводящим электролитом между ними.

Что же касается 3D варианта, в принципе, существует бесчисленное число способов создания 3D-анода и 3D-катода. Оба полюса могут объединяться подобно кусочкам головоломки (но по-прежнему обязательно разделенные небольшим количеством электролита).

Вариант, выбранный группой разработчиков под руководством Брюса Данна, назвали конструкцией «концентрической трубки». Здесь массив равномерно расположенных анодных столбов покрыт тонким слоем фотопластируемого полимерного электролита. Область между стойками заполняется катодным материалом.

Трудности получения экспериментального прототипа

Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, исследователям не удалось с первого раза собрать полноценную трехмерную батарею, наделённую стабилизированными  анодами и катодами. Те экспериментальные варианты, что были собраны, ничем не выделялись среди обычных двумерных версий.

Тогда американцы решили идти другим путём, чтобы преодолеть технологические препятствия. Приняли на вооружение методы, обычно используемые для изготовления полупроводников. Инженеры модифицировали конструкцию, врезав частицы кремния в сетку точно разнесенных цилиндров анода.

Осталось лишь нанесли тонкие слои электролита на кремниевую структуру и залить всё стандартным литий-ионным катодным материалом. При этом анод использовался в качестве пресс-формы. Так получили полноценный прототип сверхминиатюрной АКБ.

Созданная миниатюрная батарея обеспечивает плотности энергии до 5,2 мВт/ч на квадратный сантиметр, что является самым высоким показателем для трёхмерных батарей. Габаритная площадь аккумулятора около 0,09 квадратных сантиметров. Инновационная АКБ выдерживает 100 циклов зарядки и разрядки.


На основе материалов: Cell


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *