Hubo un tiempo, no hace mucho, en que los ordenadores eran tan grandes que ocupaban habitaciones enteras. Hoy en día, algunas unidades de procesamiento pueden ser tan pequeñas como unas pocas motas de polvo.
Incluso al lado de un grano de arroz, estas pilas de chips del tamaño de un micrómetro parece infinitesimal.
Sin embargo, reducir las baterías de las computadoras para que se ajusten a ese tamaño ha resultado más desafiante.
Con poco espacio para el almacenamiento, las computadoras más pequeñas deben depender de ultrasonidos o células fotovoltaicas para recargar continuamente las microbaterías con energía de las vibraciones o la luz solar. Eso tiene sus desventajas, ya que la computadora no funcionará sin un suministro de energía constante o en lugares oscuros como el cuerpo humano.
Por lo tanto, algunos científicos en Europa están proponiendo una estructura alternativa: una microbatería basada en el plegado de microcapas delgadas como el origami.
La batería es solo un prototipo por ahora, pero los resultados preliminares son alentadores.
Prototipo de batería al lado del grano de sal. (TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresden)
“Existe una necesidad desesperada de desarrollar baterías de alto rendimiento para el régimen de tamaño milimétrico y submilimétrico porque tales sistemas de almacenamiento de energía facilitarían el desarrollo de microsistemas genuinamente autónomos”, afirman los autores. escribe
Las baterías de computadora de tamaño completo generalmente se basan en “química húmeda”, lo que significa que las láminas de metal que conducen la electricidad se ponen en contacto con electrolitos líquidos para crear un flujo de energía.
Sin embargo, las baterías basadas en chips de cierta escala no pueden admitir electrolitos líquidos.
Como tal, los inventores de esta nueva microbatería exprimieron un electrolito sólido entre dos microchips que están pintados con una película súper delgada de electrodos, uno positivo y otro negativo.
Este electrolito sólido, sin embargo, no es tan eficiente como usar un electrolito líquido, que es donde entra en juego el plegamiento.
Al enrollar una pila de batería plana en un ‘Cilindro de rollo suizo‘, los científicos pueden exprimir mucha más superficie en un espacio reducido. Así es como funcionan las celdas de los cilindros en los autos eléctricos de Tesla.
En la escala de un milímetro cúbico, es extremadamente difícil enrollar materiales delgados y quebradizos en este tipo de forma mediante presión externa.
Afortunadamente, hay otra forma de hacer que el material se pliegue por sí solo, y se llama ‘micro-origami’.
La técnica funciona como una persiana enrollable. A medida que el material delgado se tira hacia abajo, puede dejar que la tensión mecánica desaparezca y todo se disparará y rodará en un cilindro.
Ilustraciones de películas delgadas en capas y un rollo suizo en un chip. (Zhu et al., Materiales energéticos avanzados, 2022).
En un chip, los investigadores pudieron lograr este movimiento fijando un lado del material delgado para crear, en esencia, la barra de una persiana.
En última instancia, el equipo pudo enrollar un prototipo de microbatería en un área de solo 0,04 milímetros cuadrados, ofreciendo una capacidad ocho veces mayor que la que lograría una batería plana de tamaño similar.
Los autores dicen que el cilindro se asemeja a la estructura de rollo suizo estándar que se usa en baterías más grandes, incluidas al menos dos capas colectoras, una película de cátodo, una película de ánodo y una película de electrolito, todo enrollado juntos.
El diseño no solo es recargable, los investigadores dicen que la batería tal como está podría alimentar las computadoras más pequeñas que tenemos durante aproximadamente 10 horas. Y todavía hay más trabajo por hacer.
“Todavía existe un gran potencial de optimización para esta tecnología, y podemos esperar microbaterías mucho más fuertes en el futuro”. dice físico Oliver Schmidt de la Universidad Tecnológica de Chemnitz en Alemania.
El estudio fue publicado en Materiales energéticos avanzados.