نسل جدیدی از میکرو باتری ها ساخته شد

باتری های میکرو پتانسیلی باورنکردنی برای تامین انرژی میکرودستگاه‌ها، میکرو ربات‌ها و دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت دارند. با این حال، تا همین اواخر آنها بسیار کارآمد نبوده اند زیرا فاقد نیرو بودند.

به گزارش تکناک، بر اساس بیانیه مطبوعاتی این موسسه، اکنون، محققان دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign یک میکرو باتری ولتاژ بالا ایجاد کرده اند که با توجه به طراحی باتری های موجود بی نظیر است.

پروفسور پاول براون (مدیر آزمایشگاه تحقیقات مواد) استاد علوم و مهندسی مواد توضیح داد: ما باید باتری‌های کوچک قدرتمندی نیاز داریم تا پتانسیل کامل دستگاه‌های ریزمقیاس را باز کنیم، و این کار را با بهبود معماری الکترود و ارائه طرح‌های نوآورانه باتری انجام می دهیم.

یکی از مشکلاتی که محققان باید بر آن غلبه می‌کردند این بود که با کوچک‌تر شدن باتری‌ها، بسته‌بندی بر حجم و جرم باتری غالب می‌شود در حالی که ناحیه الکترود کوچک‌تر می‌شود و در نتیجه انرژی و قدرت کاهش می‌یابد.

برای غلبه بر این مشکل، تیم فناوری بسته بندی جدیدی را توسعه داد که از کلکتورهای جریان ترمینال مثبت و منفی به عنوان بخشی از خود بسته بندی استفاده می کرد.

نتیجه میکرو باتری های کوچکی بود که ولتاژ کاری بالایی تولید می‌کند.

ارغیا پاترا دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه ایلینویز، و نویسنده اول این مطالعه گفت: تا به امروز، معماری‌های الکترود و طرح‌های سلولی در مقیاس میکرو و نانو به طرح‌های چگالی توان، محدود شده‌ بود که توسط تخلخل و چگالی انرژی حجمی بدست می آید. کار ما برای ایجاد یک منبع انرژی در مقیاس کوچک که هم چگالی توان و هم چگالی انرژی حجمی بالایی را نشان می‌دهد موفقیت آمیز بوده است.

توسعه شکاف را پر می کند

محققان خاطرنشان کردند که این توسعه بخش ها و صنایع بسیاری را گرد هم می آورد.

دکتر سونگ بونگ کیم استادیار آکادمی نظامی کره اضافه کرد: کار ما پر کردن شکاف دانش در تقاطع شیمی مواد، و فراهم آوردن الزامات منحصر به فرد برای تولید موادی که برای پیکربندی میکرو باتری های مسطح با انرژی متراکم مورد نیاز است. همچنین با ایجاد نانو میکروالکترونیک کاربردی که به یک منبع برق با ولتاژ بالا نیاز دارند ریز محرک ها و میکروموتورها به حرکت در میآیند.

از نظر کاربردها، یکی از موارد مهم می‌تواند نیرو دادن به میکروربات‌های اندازه حشره برای به دست آوردن اطلاعات ارزشمند در طول بلایای طبیعی، مأموریت‌های جستجو و نجات و در محیط‌های خطرناکی باشد که دسترسی مستقیم انسان غیرممکن است.

یکی از نویسندگان جیمز پیکول (دستیار، گروه مهندسی مکانیک و مکانیک کاربردی، دانشگاه پنسیلوانیا) خاطرنشان کرد که ولتاژ بالا برای کاهش بار الکترونیکی که یک میکروربات باید حمل کند، مهم است.

Serially integrated high-voltage and high power miniature batteries https://t.co/9D6EcQHyuf

— Arghya Patra (@ArghyaPatra15) December 22, 2022

پیکول ادامه داد: این بدان معناست که این باتری‌ها پیشرفت‌هایی را در سطح سیستم فراتر از افزایش چگالی انرژی خود ممکن می‌سازند تا ربات‌های کوچک بتوانند دورتر سفر کنند یا اطلاعات مهم‌تری را برای اپراتورهای انسانی ارسال کنند.

باتری هایی به کوچکی گرد و غبار هوشمند

محققان برای مدت طولانی روی میکرو باتری ها کار کرده‌اند و قبل از این تحقیق  برای تولید باتری‌هایی کوچک که به‌عنوان «گرد و غبار هوشمند» نامیده می شد نیز به موفقیت دست یافته‌اند.

در آگوست سال 2022، تیمی از محققان در دانشگاه صنعتی کمنیتس آلمان،میکرو باتری هایی به اندازه دانه های برنج ساختند. آنها ادعا کردند که اختراع آنها می تواند در آینده برای تقویت برنامه های کاربردی پیشرفته IoT (اینترنت اشیا) مانند ریزحسگرهای هوشمند و دستگاه های محاسباتی در مقیاس میلی متری از طریق چیزی که آنها را “غبار هوشمند” (Smart dust) می نامند، استفاده شود.

این نوع گرد و غبار شامل دستگاه‌هایی در مقیاس میکرو و نانو است که در همه جا از جمله شهرها، کارخانه‌ها و جنگل‌ها توزیع می‌شوند. آنها برای نظارت بر تغییرات مختلف در اطراف ما در زمان واقعی خدمت می کنند.