Умные микроэлектронные устройства биосовместимых электронных систем, устанавливаемых в организме, требуют использования крошечных компьютеров с питанием от батарей размером меньше чем пылинка. Раньше эту проблему невозможно было решить из-за отсутствия очень маленьких встроенных микробатарей, изготовление которых представляет собой достаточно сложный процесс.
Задачей исследователей было разработать батарею размером значительно меньше одного квадратного миллиметра, интегрируемую в микросхему, с минимальной плотностью энергии 100 микроватт-часов на квадратный сантиметр.
Новое решение для хранения энергии было создано с помощью так называемого процесса Swiss-Roll, подобного до того, ка изготавливают бисквитные рулеты, свернутые в цилиндр из лепёшек с слоями джема внутри. Исследователи применили этот процесс, наслаивая токосъемники и электродные полоски из полимерных, металлических и диэлектрических материалов на натянутую поверхность пластины.
При отслаивании этих отдельных слоев, материалы, сворачиваются друг вокруг друга, приобретая ту же архитектуру, что и бисквитный рулет, создавая цилиндрическую «микробатарею с самозакручиванием». Полученное устройство размером с пылинку - меньше одного квадратного миллиметра в поперечнике, обладает минимальной плотностью энергии 100 микроватт-часов на квадратный сантиметр.
Таким образом, для создания такой самозакручивающейся цилиндрической микробатареи не требуется дополнительных внешних сил. Этот метод совместим с установленными технологиями производства микросхем и позволяет производить микробатареи с высокой производительностью на поверхности пластины.
files/journal/tehnologii/22.01.22_samaya-malenkaya-v-mire-batareya-dlya-pitaniya-kompyutera-razmerom-s-pyilinku/3.jpg
Ученые утверждают, что при небольших размерах батареи можно получить достаточную мощность для питания крошечных компьютеров в биосовместимых датчиках в человеческом теле в течение примерно 10 часов.
Такие устройства могут иметь широкую область применения: от отслеживания уровня кислорода в глубоких тканях и наблюдения за восстановлением после операций до наблюдения за жизненно важными органами. Они могут также использоваться и в других устройствах, включая роботизированные системы и сверхгибкую электронику.
