Silicon Taiga: Ученые создали крошечный источник питания для сверхминиатюрной электроники будущего

Группа ученых из Института твердого тела и исследований материалов Лейбница (Leibniz Institute for Solid State and Materials Research) в Дрездене , Германия, возглавляемая профессором Оливером Г. Шмидтом (Professor Oliver G Schmidt), разработала достаточно мощный микросуперконденсатор, толщиной всего в несколько нанометров. Применение таких суперконденсаторов в качестве источника электропитания электроники позволит разработать и начать производство мобильных телефонов, портативных компьютеров, камер значительно меньших размеров, веса и толщины, нежели они имеют в настоящее время. Крошечный суперконденсатор имеет размеры менее половины сантиметра с каждой стороны и сделан из гибкого материала, что открывает возможность его применения в гибкой и эластичной электронике.

В настоящее время одним из самых узких мест при создании портативных электронных устройств являются их источники питания, в качестве которых по традиции используются литий-ионные или литий-полимерные аккумуляторные батареи. Эти аккумуляторы имеют достаточно большие размеры и вес, а их конструкция не допускает изгибов и приложения механических напряжений.

Пленочный суперконденсатор

Альтернативой аккумуляторным батареям являются суперконденсаторы - конденсаторы большой емкости с малыми токами собственной утечки, они обладают схожими с аккумуляторным батареями значениями электрической емкости и имеют еще целый ряд положительных отличительных черт. Обычно электроды суперконденсаторов изготавливаются из графена, других форм углерода или токопроводящих полимерных материалов и, в большинстве случаев, эти материалы и технологии производства являются весьма дорогостоящими.

Немецкие исследователи, создавая свой малогабаритный суперконденсатор, пошли не по традиционному пути. В качестве альтернативного материала электродов они использовали диоксид марганца, материал, безвредный для окружающей среды, достаточно распространенный в природе и потому менее дорогой, нежели другие материалы. Однако, диоксид марганца имеет достаточно низкую электропроводность, в его естественном виде он достаточно хрупок и недостаточно прочен. Ученые преодолели все эти проблемы, испаряя материал с помощью электронного луча и осаждая его на поверхность основания в виде тончайшей гибкой пленки. Затем, для улучшения электропроводности, в эти пленки были включены очень тонкие слои золота, хотя допускается использование для этого и других металлов.

Испытания получившихся суперконденсаторов показали, что этот крошечный гибкий источник электропитания может эффективно и быстро запасать и отдавать энергию, обеспечивая значение плотности хранения энергии, превышающее значения аналогичных показателей других современных суперконденсаторов.

"Наша технология может быть использована совместно со многими другими технологиями, применяемыми для миниатюризации электронных устройств, а процесс производства суперконденсаторов с электродами из диоксида марганца полностью совместим с существующими технологиями изготовления полупроводниковых приборов. Это позволит, в случае необходимости, встраивать источники питания прямо в чипы микросхем, делая эти микросхемы или системы-на-чипе полностью энергонезависимыми" - рассказывает доктор Ченглин Ян (Dr Chenglin Yan), глава исследовательской группы.

"Создавая наши суперконденсаторы, мы преследовали цель получения миниатюрного устройства с высокой плотностью хранения энергии при крайне низкой его стоимости. Использование золота делает эту технологию более дорогой, но мы сейчас рассматриваем вариант его замены более дешевым металлом, к примеру, чистым марганцем. Такая замена позволит нашему устройству проникнуть на широкий рынок и выдержать жесткую конкуренцию со стороны других технологий производства миниатюрных источников энергии для электроники".