Источники питания нового поколения

// // Интересное в сети //

Уменьшение физических размеров электронных устройств часто ограничивается не возможностями собственно этих устройств, а батарея аккумуляторов электроэнергии. Еще свежи в памяти воспоминания о первых мобильных телефонах, которые имели по современным меркам довольно крупные габариты, но на фоне элементов питания выглядели сущими карликами. Приблизительно такое же соотношение и у современных миниатюрных приборов, предназначенных, к примеру, для медицинских исследований внутренних органов человека и источников электроэнергии для них.

Попытки решения этой проблемы предпринимались постоянно, но результаты не могли удовлетворить потребителей и инженеров. Простое уменьшение физических размеров пленочных аккумуляторов ни к чему не приводит, емкость такого источника питания падает в геометрической прогрессии. Остальные параметры тоже не отличаются стабильностью. Опытно-конструкторские работы были развернуты во многих компаниях и научно-исследовательских заведениях. Удача улыбнулась участникам совместного проекта двух американских университетов Гарварда и Иллинойса.

Размер литий-ионной аккумуляторной батареи, созданной ими с применение нанотехнологий, не превышает макового зернышка. Все элементы этого устройства сформированы при помощи трехмерного принтера и специальных электротехнических чернил. Одним из компонентов этой жидкости является наночастицы оксида лития. Так при изготовлении электродов источника питания активные чернила двух типов под давлением в рабочую зону. Диаметр формируемых катодов и анодов много меньше толщины человеческого волоса.

Процесс изготовления компонентов происходит следующим образом: электротехнические чернила продавливаются через инжектор в активную зону, где созданы особые условия среды. Температура, влажность воздуха и наличие примесей в виде газов или твердых частиц поддерживается в рамках очень жестких параметров. В таких условиях электротехнические чернила, подаваемые с определенной скоростью, успевают застывать. Движение сопла позволяет одновременно формировать в пространстве две независимые структуры, которые напоминают по форме расчески. Зубья их заходят друг за друга без соприкосновения.

Полностью готовые электроды помещаются в оболочку из твердого полимерного материала, которая одновременно является и емкостью для электролита. После заполнения батареи производится первичная зарядка от внешнего источника и аккумулятор готов к работе. Серия испытаний, проведенных в лабораториях университета, показала, что параметры нового изделия достаточно стабильны. По ряду показателей и в частности по соотношению емкости и габаритов опытные образцы превосходят тонкопленночные элементы на порядок.

Другие характеристики этого устройства тоже достаточно высокие. Время полного цикла заряда и разряда экспериментальных батарей сопоставимо с аналогичным показателем лучших коммерческих образцов. Количество рабочих периодов нового источника питания составляет величину, что почти вдвое превышает указанный показатель устройств, что созданы по прежней технологии. По словам одного из руководителей проекта профессора Дженнифер Льюис: « В самое ближайшее время методика производства будет усовершенствована и станет пригодной для промышленного применения".

Себестоимость таких новых миниатюрных аккумуляторных батарей еще довольно высокая, но работы по удешевлению технологии продолжаются. Учитывая то обстоятельство, что спрос на такие изделия стабильно высокий, то производства новых элементов питания в промышленных масштабах долго ждать не приходиться.