Hóa ra bạn có thể quá mỏng, đặc biệt là nếu bạn sử dụng pin cỡ nano.
Các nhà nghiên cứu từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST), Đại học Maryland, College Park và Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia đã chế tạo một loạt pin dây nano để chứng minh rằng độ dày của lớp điện phân có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của pin, một cách hiệu quả thiết lập giới hạn thấp hơn cho kích thước của các nguồn năng lượng nhỏ. * Kết quả rất quan trọng vì kích thước và hiệu suất của pin là chìa khóa để phát triển các máy vi cơ điện tử MEMS chế độ tự động, có khả năng ứng dụng cách mạng trong nhiều lĩnh vực.
Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua, các nhà nghiên cứu của NIST có thể theo dõi từng pin nano với các chất điện phân có độ dày và phóng điện khác nhau. Nhóm NIST đã phát hiện ra rằng có khả năng giới hạn thấp hơn đối với lớp chất điện phân có thể được tạo ra trước khi nó làm cho pin bị hỏng. Tín dụng hình ảnh: Talin / NIST
Các thiết bị MEMS, có thể nhỏ tới hàng chục micromet (nghĩa là khoảng một phần mười chiều rộng của tóc người), đã được đề xuất cho nhiều ứng dụng trong y học và giám sát công nghiệp, nhưng chúng thường cần một thời gian dài, nhỏ, pin sạc nhanh cho một nguồn năng lượng. Công nghệ pin hiện tại khiến cho việc chế tạo những cỗ máy này nhỏ hơn nhiều so với milimet, hầu hết trong số đó là chính pin, điều này làm cho các thiết bị hoạt động kém hiệu quả.
Nhà nghiên cứu của NIST, Alec Talin và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra một khu rừng nhỏ bé thật sự có kích thước khoảng 7 micromet và pin lithium ion trạng thái rắn rộng 800 nanomet để xem chúng có thể được chế tạo nhỏ như thế nào với các vật liệu hiện có và để kiểm tra hiệu suất của chúng.
Bắt đầu với dây nano silicon, các nhà nghiên cứu đã lắng đọng các lớp kim loại (cho một tiếp xúc), vật liệu catốt, chất điện phân và vật liệu cực dương với độ dày khác nhau để tạo thành pin thu nhỏ. Họ đã sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để quan sát dòng điện trong suốt pin và xem các vật liệu bên trong chúng thay đổi khi chúng tích điện và phóng điện.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng khi độ dày của màng điện phân giảm xuống dưới ngưỡng khoảng 200 nanomet, ** các electron có thể nhảy biên giới điện phân thay vì chảy qua dây dẫn đến thiết bị và vào cực âm. Các electron đi theo con đường ngắn qua chất điện phân Sê-ri ngắn mạch làm cho chất điện phân bị hỏng và pin nhanh hết.
Đây là một trong những gì rõ ràng chính xác là lý do tại sao chất điện phân bị phá vỡ. Nhưng điều rõ ràng là chúng ta cần phát triển một chất điện phân mới nếu chúng ta sẽ chế tạo pin nhỏ hơn. Vật liệu chiếm ưu thế, LiPON, vừa giành được công việc ở độ dày cần thiết để tạo ra pin sạc mật độ năng lượng cao thực tế cho MEMS tự trị.
*CƯỜI MỞ MIỆNG. Ruzmetov, V.P. O Meatko, P.M. Haney, H.J Lezec, K. Karki, K.H. Baloch, A.K. Agrawal, A.V. Davydov, S. Krylyuk, Y. Liu, J. Huang, M. Tanase, J. Cumings và A.A. Bùa. Độ ổn định của chất điện phân xác định giới hạn tỷ lệ đối với pin Li-ion 3D trạng thái rắn, Nano Letters 12, 505-511 (2011).
** Đại diện cho nhóm dữ liệu mới nhất được thu thập sau khi xuất bản bài báo được trích dẫn ở trên.