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Segunda-feira, Agosto 15, 2022

Cientistas revelam bateria extremamente pequena para os menores computadores do mundo

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Houve um tempo, não muito tempo atrás, em que os computadores eram tão grandes que ocupavam salas inteiras. Hoje, algumas unidades de processamento podem ser tão pequenas quanto algumas partículas de poeira.

Mesmo ao lado de um grão de arroz, essas pilhas de chips de tamanho micrométrico parecer infinitesimal.

Encolher baterias de computador para caber nesse tamanho, no entanto, provou ser mais desafiador.

Com pouco espaço para armazenamento, os menores computadores precisam contar com ultra-som ou células fotovoltaicas para recarregar continuamente as microbaterias com energia de vibrações ou luz solar. Isso tem suas desvantagens, pois o computador não funcionará sem uma fonte de alimentação constante ou em locais escuros como o corpo humano.

Alguns cientistas na Europa estão, portanto, propondo uma estrutura alternativa: uma microbateria baseada em micro camadas finas dobráveis ​​como o origami.

A bateria é apenas um protótipo por enquanto, mas os resultados preliminares são animadores.

Protótipo de bateria ao lado de grão de sal. (TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresden)

“Há uma necessidade desesperada de desenvolver baterias de alto desempenho para o regime de tamanho milimétrico e submilimétrico, porque esses sistemas de armazenamento de energia facilitariam o desenvolvimento de microssistemas genuinamente autônomos”, os autores escrever.

As baterias de computador de tamanho normal são geralmente baseadas em ‘química úmida’, o que significa que folhas de metal que conduzem eletricidade são colocadas em contato com eletrólitos líquidos para criar um fluxo de energia.

As baterias baseadas em chip de uma certa escala, no entanto, não podem suportar eletrólitos líquidos.

Como tal, os inventores desta nova microbateria apertaram um eletrólito sólido entre dois microchips que são pintados com uma película superfina de eletrodos, um positivo e outro negativo.

Esse eletrólito sólido, no entanto, não é tão eficiente quanto o uso de um eletrólito líquido, que é onde entra a dobra.

Ao enrolar uma pilha de bateria plana em um ‘Cilindro suíço‘, os cientistas podem espremer muito mais área de superfície em um espaço apertado. É assim que funcionam as células cilíndricas dos carros elétricos da Tesla.

Na escala de um milímetro cúbico, é extremamente difícil rolar materiais finos e quebradiços nesse tipo de forma por meio de pressão externa.

Felizmente, há outra maneira de dobrar o material por conta própria, e é chamado de ‘micro-origami’.

A técnica funciona como uma cortina de janela rolante. À medida que o material fino é puxado para baixo, você pode deixar essa tensão mecânica ir e a coisa toda disparar e rolar em um cilindro.

EletrodoCilindroIlustrações de filmes finos em camadas e um rocambole em um chip. (Zhu et al., Materiais Avançados de Energia, 2022).

Em um chip, os pesquisadores conseguiram esse movimento fixando um lado do material fino para criar, em essência, a barra de uma persiana.

Por fim, a equipe conseguiu enrolar um protótipo de microbateria em uma área de apenas 0,04 milímetros quadrados, oferecendo uma capacidade oito vezes maior do que uma bateria plana de tamanho semelhante alcançaria.

Os autores dizem que o cilindro se assemelha à estrutura padrão do rolo suíço usado em baterias maiores, incluindo pelo menos duas camadas coletoras, um filme de cátodo, um filme de ânodo e um filme de eletrólito, todos enrolados juntos.

Além de o design ser recarregável, os pesquisadores dizem que a bateria pode alimentar os menores computadores que temos por cerca de 10 horas. E ainda há mais trabalho a ser feito.

“Ainda há um enorme potencial de otimização para essa tecnologia, e podemos esperar microbaterias muito mais fortes no futuro”, diz físico Oliver Schmidt da Universidade de Tecnologia de Chemnitz, na Alemanha.

O estudo foi publicado em Materiais avançados de energia.



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