Menor bateria do mundo alimenta computador do tamanho de um grão de poeira

A menor bateria do mundo, aqui comparada com um grão de sal, pode ser produzida em grandes quantidades em uma pastilha de silício.

Miniaturização das baterias

O conceito de “poeira eletrônica” é quase tão antigo quanto a miniaturização da eletrônica.

Hoje, esses dispositivos eletrônicos minúsculos vão desde os aparelhos microeletromecânicos (MEMS) e micro e nano robôs, até sensores biomédicos e biochips.

Seu alcance só não é maior porque, até agora, não havia baterias compatíveis com suas dimensões, o que acaba tirando grande parte das vantagens da redução de tamanho.

A solução está vindo pelas mãos de Yang Li e colegas das universidades de Chemnitz e Dresden, na Alemanha, que afirmam ter fabricado nada menos do que “a menor bateria do mundo”.

“Nossos resultados mostram um desempenho encorajador de armazenamento de energia na escala abaixo do milímetro quadrado,” disse professor Minshen Zhu, coordenador da equipe. “Ainda há um enorme potencial de otimização para esta tecnologia, e podemos esperar microbaterias muito mais fortes no futuro.”

Esquema de fabricação da microbateria, e os microcomputadores que ela pretende alimentar. [Imagem: Yang Li et al.

Rolo suíço

Miniaturizar baterias é complicado porque seu processo fabricação acaba sendo muito diferente de suas equivalentes maiores.

Por exemplo, baterias compactas com alta densidade de energia, como aquelas de relógio, em formato de botão, são fabricadas usando química úmida: Os materiais de eletrodos e aditivos (materiais de carbono e ligantes) são processados em uma pasta e revestidos em uma folha de metal. E, mesmo assim, elas ainda são muito grandes para equipamentos que se pretende comparar com grãos de poeira.

A equipe resolveu isto fabricando a bateria em camadas, revestindo consecutivamente camadas finas de materiais poliméricos, metálicos e dielétricos em uma pastilha semicondutora, como as usadas para fabricar chips. Isto é uma vantagem porque permite integrar as baterias nos próprios aparelhos.

A montagem do sistema em camadas gera uma tensão mecânica, que é liberada descascando as finas camadas que, em seguida, voltam automaticamente a se enrolar, em uma arquitetura conhecida como “rolo suíço”. Assim, nenhuma força externa é necessária para criar a microbateria cilíndrica, que se auto-enrola. O método é compatível com as tecnologias de fabricação de chips e capaz de produzir microbaterias de alto rendimento diretamente na superfície da pastilha.

A equipe pretende miniaturizar ainda mais a microbateria. [Imagem: Yang Li et al

Usando esse método, a equipe fabricou microbaterias recarregáveis capazes de alimentar os menores chips de computador do mundo por cerca de 10 horas. Significativamente menores do que um milímetro quadrado, as microbaterias apresentaram uma densidade de energia mínima de 100 microwatts-hora por centímetro quadrado.

A equipe espera que a microbateria possa concorrer com os nanogeradores e outras tecnologias de colheita de energia para alimentar sensores e atuadores micro e nanoeletrônicos, em áreas como a internet das coisas, implantes médicos miniaturizados, sistemas microrrobóticos e eletrônica ultraflexível.

Fonte: Inovação Tecnológica