Nors ir mažos, bet labai aršios. Galingiausios baterijos planetoje tėra kelių milimetrų dydžio, tačiau jose telpa tiek galios, kad vairuotojas savo telefono baterija galėtų užvesti automobilį su nusėdusiu akumuliatoriumi – ir paskui telefoną akimirksniu pakrauti.
Sukurtos Ilinojaus universiteto Urbana Champaignėje tyrėjų, naujos mikrobaterijos nurungia netgi geriausius superkondensatorius ir gali maitinti naujas radijo komunikacijos priemones bei kompaktišką elektroniką.
Vadovaujami Williamo P. Kingo, mechanikos ir inžinerijos profesoriaus, tyrėjai paskelbė savo rezultatus balandžio 16-osios „Nature Communications“ numeryje.
„Tai visai naujas požiūris į baterijas, – sakė Kingas. –Baterija gali teikti daug daugiau galios, nei kas nors kada nors manė. Pastarajame dešimtmetyje elektronika sumažėjo. Mąstančios kompiuterių dalys pasidarė mažos. Baterijos vilkosi toli gale. Ši mikrotechnologija gali tai pakeisti. Dabar galios šaltinis toks pats efektyvus, kaip ir visa kita.“
Naudodamas dabartinius elektros šaltinius, vartotojas turi rinktis tarp galios ir energijos. Daug galios reikalaujantiems tikslams, tarkime, tolimam radijo signalo siuntimui, kondensatoriai gali suteikti energijos labai sparčiai, tačiau juose energijos telpa nedaug. Daug energijos reikalaujantiems tikslams, pavyzdžiui, ilgam radijo imtuvo veikimui, kuro elementai ir baterijos gali tiekti daug energijos, bet ją pateikia ir įsikrauna lėtai.
„Tenka ką nors aukoti, – sakė Jamesas Pikulis, buvęs studentas ir pirmasis dokumento autorius. –Jei norite daug energijos, negausite didelės galios; jei norite didelės galios,labai sunku gauti ir daug energijos. Bet labai įdomiems pritaikymams, ypač moderniems, išties reikia abiejų. Būtent tai mūsų baterijos ir pradeda daryti. Iš tiesų braunamės į tokią energijos saugojimo sritį, kokios dabartinės technologijos negali pasiūlyti.“
Naujosios mikrobaterijos siūlo kartu galią ir energiją, o šiek tiek keisdami struktūrą tyrėjai gali plačiame ruože keisti galios ir energijos santykį.
Baterijų puikus veikimas paremtas vidine trimate mikrostruktūra. Baterijose yra du pagrindiniai komponentai: anodas (neigiama pusė, „minusas“) ir katodas (teigiama pusė, „pliusas“). Naudodami naujovišką, sparčiai kraunamo katodo dizainą, sukurtą medžiagų mokslo ir inžinerijos profesoriaus Paulo Brauno grupės, Kingas ir Pikulis sukūrė atitinkamą anodą, o tada išvystė naują šių dviejų komponentų mikroskopinio integravimo būdą, pagamindami baigtą bateriją, pasižyminčią puikiomis charakteristikomis.
Su tiek galios baterijos galėtų siųsti jutiklių ar radijo signalus 30 kartų toliau arba įtaisai galėtų būti 30 kartų mažesni. Baterijos yra įkraunamos ir tai gali būti atliekama 1000 kartų greičiau nei kitos technologijos – įsivaizduokite kreditinės kortelė storio telefono įkrovimą sparčiau, nei per sekundę. Be plataus naudojimo elektronikos prietaisų, tokius maitinimo šaltinius galima panaudoti medicinos įtaisų, lazerių ir kitų įrengimų technologijų vystymui.
„Bet kokius elektroninius prietaisus ribojo baterijos dydis – iki dabar, – pažymėjo Kingas. –Pagalvokite apie medicinos prietaisus ir implantus, kur baterijos yra didžiulės plytos, prijungtos prie mažutėlaičių elektronikos prietaisų ir plonyčių laidelių. Dabar baterijos irgi mažos.“
Dabar tyrėjai stengiasi integruoti savo baterijas su kitais elektronikos komponentais bei suderinti nebrangios gamybos galimybę.
„Dabar galime mąstyti be suvaržymų, – sakė Pikulsi. –Tai nauja galimybių suteikianti technologija. Tai nėra ankstesnių technologijų progresyvus tobulinimas; tai sugriauna įprastas energijos šaltinių paradigmas. Tai leidžia kurti kitokius, naujus dalykus.“
Šiuos darbus parėmė Nacionalinis mokslo fondas ir Oro pajėgų mokslinių tyrimų centras. Kingas taip pat susijęs su Pažangaus mokslo ir technologijų institutu; Fredericko Seitzo Medžiagų tyrimo laboratorija; Ilinojaus universiteto Mikro ir nanotechnologijų laboratorija ir elektros, bei kompiuterinės inžinerijos skyriumi.
