Rendkívül apró akkumulátor készült a világ legkisebb számítógépeihez
Volt idő – nem is olyan régen – amikor a számítógépek még olyan nagyok voltak, hogy egész szobákat foglaltak el. Ma már egyes feldolgozóegységek olyan kicsik lehetnek, mint néhány porszem. A számítógépek elemeinek ilyen méretűre való összezsugorítása azonban nagyobb kihívásnak bizonyult.
Mivel kevés hely áll rendelkezésre a tároláshoz, a legkisebb számítógépeknek ultrahang- vagy fotovoltaikus cellákra kell támaszkodniuk, hogy folyamatosan feltöltsék a mikroakkumulátorokat a rezgésekből vagy a napfényből származó energiával. Ennek megvannak a maga hátrányai, mivel a számítógép nem fog működni állandó áramellátás nélkül vagy olyan sötét helyeken, mint az emberi test.
Néhány európai tudós ezért egy alternatív szerkezetet javasol: egy olyan mikroakkumulátort, amely az origamihoz hasonlóan vékony mikrorétegek hajtogatásán alapul. Az akkumulátor egyelőre csak prototípus, de az előzetes eredmények biztatóak, írja a ScienceAlert.
„Kétségbeesetten nagy teljesítményű akkumulátorok kifejlesztésére van szükség a milliméteres és szubmilliméteres méretekre, mert az ilyen energiatároló rendszerek megkönnyítenék a valóban autonóm mikrorendszerek kifejlesztését”
– írják a szerzők.
A teljes méretű számítógépes akkumulátorok általában „nedves kémián" alapulnak, ami azt jelenti, hogy az elektromosságot vezető fémfóliákat folyékony elektrolitokkal érintkezve hozzák létre az energiaáramlást. A chip-alapú akkumulátorok bizonyos méretarányban azonban nem bírják a folyékony elektrolitokat.
Ezért az új mikroakkumulátor feltalálói szilárd elektrolitot préseltek két mikrochip közé, amelyeket szupervékony elektródafilmmel festettek le, egy pozitív és egy negatív elektródával. Ez a szilárd elektrolit azonban közel sem olyan hatékony, mint a folyékony elektrolit használata, és itt jön a képbe a hajtogatás.
A tudósok a lapos akkumulátor-köteg „svájci piskótatekercses" feltekerésével sokkal nagyobb felületet tudnak szűk helyre préselni. Valójában így működnek a Tesla elektromos autóiban található hengeres cellák is.
Egy köbmilliméteres méretben rendkívül nehéz a vékony és törékeny anyagokat külső nyomással ilyen formára tekerni. Szerencsére van egy másik módja is annak, hogy az anyagot magától összehajtogassuk, ezt „mikro-origaminak" hívják. A technika úgy működik, mint egy redőny. Ahogy a vékony anyagot lefelé húzzuk, elengedhetjük a mechanikai feszültséget, és az egész fel fog lőni, és hengerré gurul.
A chipen a kutatók úgy tudták elérni ezt a mozgást, hogy a vékony anyag egyik oldalát leszögezték, így lényegében egy redőny sávját hozták létre. Végül a csapat egy mindössze 0,04 milliméter négyzetméteres területre tudta feltekerni a mikroakkumulátor prototípusát, amely nyolcszor nagyobb kapacitást biztosít, mint amit egy hasonló méretű lapos akkumulátor elérne.
A szerzők szerint a henger hasonlít a nagyobb akkumulátorokban használt szabványos svájci tekercses szerkezetre, amely legalább két kollektorréteget, egy katódfilmet, egy anódfilmet és egy elektrolitfilmet tartalmaz, mindezeket együtt feltekerve. A konstrukció nemcsak, hogy újratölthető, a kutatók szerint az akkumulátor a jelenlegi formájában körülbelül 10 órán át képes lenne ellátni a legkisebb számítógépeket, amelyekkel rendelkezünk. És még így van mit tenni.
„Ebben a technológiában még hatalmas optimalizálási potenciál rejlik, és a jövőben sokkal erősebb mikroakkumulátorokra számíthatunk”
– mondja Oliver Schmidt, a németországi Chemnitzi Műszaki Egyetem fizikusa.
Nyitókép: Shutterstock / Szasz-Fabian Jozsef
