Дата публикации : 2015-09-06

Створена 3D-мікробатарея, здатна зробити чіпи незалежними від зовнішніх джерел енергії

3D-микробатарея


Група дослідників з університету Іллінойсу, скомбінувавши методи 3D-голографічного літографії та звичайної двомірної фотолітографії, створили мікроскопічну, але високоефективну акумуляторну батарею. Мініатюрні габарити створеної батареї дозволять інтегрувати її прямо на чіпи мікроелектронних пристроїв, роблячи ці чіпи абсолютно незалежними від зовнішніх джерел електричної енергії.

"Наша 3D-мікробатарея володіє винятковими електричними характеристиками, а технологія виробництва таких батарей може масштабуватися до будь-яких розмірів, завдяки чому такі батареї можна буде використовувати в самому широкому колі областей", - розповідає Пол Браун, професор матеріалознавства з університету Іллінойсу, - "В переважній більшості випадків мікроелектронні пристрої працюють за рахунок енергії, що подається ззовні їх чіпів, і це пов'язано з трудністю мініатюризації технологій акумулювання енергії. Мініатюрна, ємна і ефективна батарея, вбудована прямо в чіп, може вирішити масу конструкторських проблем при розробці бездротових датчиків, малопотужних приймально-передавальних пристроїв, моніторів, портативної і імплантуємої медичної електроніки".

Створюючи свою батарею, вчені використовували технологію 3D-голографічного літографії для створення складної внутрішньої структури електродів, а за допомогою двомірної фотолітографії електродам була надана необхідна зовнішня форма. В цій роботі були використані всі самі останні досягнення технологій розробки, моделювання та виробництва, сукупність яких дозволила отримати високу ємність та високий показник щільності зберігання енергії.

Структура микробатареи


В технології 3D-голографічної літографії використовується кілька променів лазерів, які фокусуються в певних точках фоточутливого матеріалу, створюючи в обсязі матеріалу мікроскопічні структури практично будь-якої складності. Після такої обробки залишки які не потрапили під вплив променя лазера матеріалу змиваються спеціальним розчинником, залишаючи структуру, що складається з твердого полімерного матеріалу, на поверхню якого осаджують струмопровідний матеріал, перетворюючи все це в електрод акумуляторної батареї з досить великою площею.

Велика площа електрода і його пориста структура забезпечує швидке перенесення електричних зарядів за допомогою електронів і іонів, наближаючи швидкісні показники таких батарей до значень аналогічних показників суперконденсаторів. Крім цього, ретельно спроектовані особливості решітки електрода запобігають процесу накопичення і фіксації іонів літію біля одного з електродів, що підвищує надійність її роботи, тобто кількість циклів заряду-розряду, у багато разів порівняно з батареями, мають звичайні графітові електроди.

Дослідні зразки нових 3D-мікробатарей, товщина яких складає близько 10 мкм, а площа - 4 квадратних міліметра, були здатні видавати 500 мкА струму, підтримуючи світіння звичайного світлодіода на протязі 600 секунд часу. А після 200 циклів зарядки-розрядки загальна ємність акумуляторної батареї знизилася всього на 12 відсотків.

"Ми розробили такий метод виробництва тривимірних літій-іонних акумуляторних батарей, який повністю сумісний з існуючими технологіями виробництва напівпровідникових чіпів" - розповідає Хэйлонг Нинг (Hailong Ning), один з учених, - "І тепер без особливих труднощів можна буде створювати спеціалізовані чіпи, які будуть в змозі самі себе забезпечити енергією, необхідною їм для тривалої роботи".
Рекомендовані оголошення: