CARLY CASSELLA1 MARZO 2022
C’è stato un tempo, non molto tempo fa, in cui i computer erano così grandi da occupare intere stanze. Oggi, alcune unità di elaborazione possono essere piccole come pochi granelli di polvere.
Anche accanto a un chicco di riso, queste pile di patatine di dimensioni micrometriche sembrano infinitesime .
Ridurre le batterie dei computer per adattarle a quelle dimensioni, tuttavia, si è rivelato più difficile.
Con poco spazio per l’archiviazione, i computer più piccoli devono fare affidamento su ultrasuoni o celle fotovoltaiche per ricaricare continuamente le microbatterie con l’energia delle vibrazioni o della luce solare. Ciò ha i suoi aspetti negativi, poiché il computer non funzionerà senza un’alimentazione costante o in luoghi bui come il corpo umano.
Alcuni scienziati in Europa stanno quindi proponendo una struttura alternativa: una microbatteria basata sulla piegatura di micro strati sottili come gli origami.
La batteria per ora è solo un prototipo, ma i risultati preliminari sono incoraggianti.
Prototipo di batteria accanto a granello di sale. (TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresda)
“C’è un disperato bisogno di sviluppare batterie ad alte prestazioni per il regime di dimensioni millimetriche e sub-millimetriche perché tali sistemi di accumulo di energia faciliterebbero lo sviluppo di microsistemi genuinamente autonomi”, scrivono gli autori .
Le batterie dei computer di dimensioni standard sono generalmente basate sulla “chimica umida”, il che significa che lamine metalliche che conducono elettricità vengono poste a contatto con elettroliti liquidi per creare un flusso di energia.
Le batterie basate su chip di una certa scala, tuttavia, non possono supportare elettroliti liquidi.
Pertanto, gli inventori di questa nuova microbatteria hanno spremuto un elettrolita solido tra due microchip che sono dipinti con una pellicola super sottile di elettrodi, uno positivo e uno negativo.
Questo elettrolita solido, tuttavia, non è efficiente quanto l’utilizzo di un elettrolita liquido, ed è qui che entra in gioco il ripiegamento.
Avvolgendo una pila di batterie scariche in un ” cilindro Swiss-roll “, gli scienziati possono spremere molta più superficie in uno spazio ristretto. Questo è in realtà il modo in cui funzionano le celle dei cilindri nelle auto elettriche di Tesla.
Alla scala di un millimetro cubo, è estremamente difficile arrotolare materiali sottili e fragili in questo tipo di forma tramite pressione esterna.
Fortunatamente, c’è un altro modo per piegare il materiale da solo, e si chiama “micro-origami”.
Il tipo di tecnica funziona come una tendina avvolgibile. Quando il materiale sottile viene tirato verso il basso, puoi lasciare andare quella tensione meccanica e l’intera cosa si alzerà e rotolerà in un cilindro.
Illustrazioni di film sottili stratificati e un rotolo svizzero su un chip. (Zhu et al., Materiali energetici avanzati, 2022).
Su un chip, i ricercatori sono stati in grado di ottenere questo movimento fissando un lato del materiale sottile per creare, in sostanza, la barra di una tendina.
Alla fine, il team è stato in grado di arrotolare un prototipo di microbatteria in un’area di soli 0,04 millimetri quadrati, offrendo una capacità otto volte superiore a quella che otterrebbe una batteria scarica di dimensioni simili.
Gli autori affermano che il cilindro assomiglia alla struttura standard Swiss-roll utilizzata nelle batterie più grandi, inclusi almeno due strati collettori, una pellicola catodica, una pellicola anodica e una pellicola elettrolitica, tutti arrotolati insieme.
Non solo il design è ricaricabile, i ricercatori affermano che la batteria così com’è potrebbe alimentare i computer più piccoli che abbiamo per circa 10 ore. E c’è ancora molto lavoro da fare.
“C’è ancora un enorme potenziale di ottimizzazione per questa tecnologia e possiamo aspettarci microbatterie molto più potenti in futuro”, afferma il fisico Oliver Schmidt della Chemnitz University of Technology in Germania.