直径和一粒灰尘差不多,却能给微型计算机芯片供电10小时。

  没错,这就是目前世界上最小的电池,体积比盐粒还要小。

  但不要低估了这个“小家伙”。它的出现,可以说是为微型电子设备供电难的问题打开了一个新出口。

  

华人开发世界最小电池:直径细如灰尘 可集成在芯片上供电10小时 电池 芯片 第1张


  要知道,现在世界上最小的计算机已经可以缩小到1立方毫米以内,应用前景非常广泛,比如放置微型传感器到人体内检测氧气水平、查看术后恢复情况等等。

  但是过去的微型电池要么输出功率不够高,要么对使用环境存在限制,要么做得不够小。

  而如上提到的这个世界最小电池,能够将这些问题一网打尽。

  它采用类似于特斯拉电池的卷绕式工艺,把电池的最小能量密度提升到每平方厘米100微瓦时。

  目前这项研究成果发表在了《先进能源材料》上,研究团队来自德国开姆尼茨工业大学。

  像瑞士卷一样的电池

  这次的研究主要有两方面突破。

  第一是采用类似于瑞士卷的结构设计,以此提升电池能量密度。

  第二是可以在1mm?的芯片上与其他电路集成,也就是片上电源。

  

华人开发世界最小电池:直径细如灰尘 可集成在芯片上供电10小时 电池 芯片 第2张


  换句话来说,就是要在够小的同时,性能还要够精悍。

  因此,研究人员想到了近两年大火的卷绕式工艺电池。

  它能够在有限的空间里,容下更多的电池材料。

  此前特斯拉电池便采用了类似工艺,让“4680无极耳电池”实现了5倍的电能提升,续航增加16%,提高到6倍功率。

  这也有别于过去常采用堆叠式、电极柱工艺的微电池,它们都很难将电池大小缩小到1mm?以下,而且电池能量密度也不够高。

  

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华人开发世界最小电池:直径细如灰尘 可集成在芯片上供电10小时 电池 芯片 第4张


  上图为堆叠式工艺,下图为电极柱工艺

  不过,卷绕式工艺在量产上会存在一定困难。

  因为这种要把晶片材料卷曲起来的办法,对材料的韧性要求会更高。

  为此,该研究团队将聚合物材料、金属、介电材料层逐一涂抹到晶片表面上,最终制成了一种延展性更强的材料(如下图a所示)。

  

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  在解决了大小和储能两方面问题后,在微型计算机上上片也就变得不那么困难了。

  要知道,过去许多微型计算机、传感器的供电,要么采用频繁换电池的方法,要么就是再加一个小型的“发电机”。

  这些发电机可以使用动能、太阳能、热能发电,但是对使用场景却存在限制,比如人体内。

  研究人员认为,他们研制的这种可充电微电池,可以很好解决以上问题。

  据介绍,研究团队运用此方法,已经研制出可以为世界上最小的计算机芯片供电10小时的微型电池。

  同时这一技术也可应用在机器人系统、超柔性电子产品中。

  通讯作者中两位华人

  领导这项研究的是奥利弗·施密特(Oliver G. Schmidt)教授,他是德国开姆尼茨工业大学材料、结构和纳米膜集成研究中心 (MAIN) 的研究主任。

  

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  就在不久前他还研发出了世界上最小的微电子导管,可以用于微创手术,对消除血栓、靶向用药具有深远意义。

  Minshen Zhu为本项研究的通讯作者之一,他博士毕业于香港城市大学,目前在奥利弗教授实验室工作。

  

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  另一位通讯作者为中科院长春应化所研究员朱峰。他本科毕业于吉林大学物理系,之后于中科院长春应化所高分子物理专业攻读博士。

  

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