用卷瑞士卷的方式，科學(xué)家研發(fā)了全球最小的電池

Callejon

在二十世紀(jì)計算機剛出現(xiàn)的時候,，還需要很大的房間才能容納。幾十年過去了,，計算機的尺寸一直在縮小,，曾經(jīng)的龐然大物如今已經(jīng)被裝進(jìn)了各式便攜的電子產(chǎn)品中。但科技要發(fā)展,，還需要它們變得更小,。

▲圖片來自：Wiley Online Library

　　開姆尼茨理工大學(xué)的科學(xué)家們不久前成功研發(fā)了目前全球最小的電池，只有灰塵大小,，實現(xiàn)這項技術(shù)的靈感卻與一種常見的食物有關(guān)——瑞士卷,。

▲微電池與一粒鹽的體積對比，圖片來自：cnBeta

　　其實在幾年前就已經(jīng)出現(xiàn)了體積僅為 0.04 立方毫米的計算機,，但只能在實驗室里進(jìn)行演示,。然而，微電池和微電子之間的尺寸不匹配,，成為阻礙隨時隨地需要電源的微型智能系統(tǒng)發(fā)展的根本障礙,，現(xiàn)有技術(shù)無法在保持足夠能量存儲的同時縮小電池的占地面積。

　　因此,，想讓灰塵大小的計算機實現(xiàn)永久運行,，關(guān)鍵是開發(fā)亞毫米級能量收集器和存儲設(shè)備。開姆尼茨理工大學(xué)的研究人員模仿圓柱電池的制造,，采用了一種自組裝工藝,，將堆疊的薄膜以瑞士卷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行纏繞，以減少占地面積。

▲圖片來自：Wiley Online Library

　　在宏觀世界里,，提升占地面積容量的有效方法是將扁平電池繞成瑞士卷狀,。特斯拉的電動汽車，就是把電池的占地面積容量增加了約 28 倍,，將 18650 個電池組裝成一個電池組用以提供動力,。

　　但要通過微細(xì)加工工藝在芯片上實現(xiàn)這種瑞士卷設(shè)計卻并不容易，因為在芯片上用外力纏繞薄而脆的層既不能作為大規(guī)模生產(chǎn)工藝,，也達(dá)不到足夠的精確度來實現(xiàn)高產(chǎn)量和可重復(fù)性,。

　　因此，研究人員通過一種自組裝的方式,，將二維納米層折疊或卷成微型結(jié)構(gòu)將薄膜堆疊轉(zhuǎn)換成‘微型瑞士卷’,，這也在一定程度上解決了小尺寸面積和高能量密度很難兼顧的問題。

▲圖片來自：Wiley Online Library

　　研究人員提到,，這種微電池應(yīng)該能夠與其他設(shè)備進(jìn)行單片集成,。比如，在光傳感器上就可以用上這種‘瑞士卷微電池’,，在電池卷起后,，可用的芯片面積可容納完全集成的 3D 微系統(tǒng)，Swiss-roll Zn-Ag 微型電池就這樣連接到光傳感器,。

　　另外,，決定這些塵埃大小的電池能否最終集成到微系統(tǒng)中，核心參數(shù)是它們可達(dá)到的能量密度,。研究人員認(rèn)為微型電池更實際的用途是在能量收集中斷的情況下提供能量作為備用電源,。這樣一來就需要提供至少幾個小時的能量。因此,，它們每平方厘米的最小能量密度要達(dá)到 100 微瓦時（μWh）,。

▲圖片來自：Wiley Online Library

　　按照研究人員的設(shè)想，微電池適合最終集成到帶有電路的微小芯片中,，這些芯片可用于人體生物兼容傳感器,，比如檢測手術(shù)后的恢復(fù)與器官的情況,。

▲研究人員,，左：朱敏申，右：Oliver G,。 Schmidt ,，圖片來自：cnBeta

　　領(lǐng)導(dǎo)這項研究的 Oliver G。 Schmidt 教授表示：‘這項技術(shù)仍有巨大的優(yōu)化潛力,，我們可以期待未來有更強大的微型電池,。       愛范兒

UCHIHASASUKE

我想知道0.04立方毫米的計算機用處是什么,，用在什么地方？