«Чипы эффективно работают на жидком топливе и вырабатывают собственное электричество», — говорит Димос Пуликакос, профессор термодинамики ETH Zurich. Поскольку ученые используют две жидкости, которые, как известно, подходят как в качестве электролитов для проточных аккумуляторов, так и в качестве среды, также влияющей на охлаждение, избыточное тепло также может отводиться от пакета микросхем через ту же цепь.Батарея, созданная учеными, имеет толщину всего около 1,5 миллиметра. Идея состоит в том, чтобы собрать стеки чипов слой за слоем: компьютерный чип, затем тонкий аккумуляторный микроэлемент, который снабжает чип электричеством и охлаждает его, затем следующий компьютерный чип и так далее.
Рекордно высокая производительностьПредыдущие проточные батареи (см.
Вставку) обычно имеют большие размеры и используются в основном в стационарных системах хранения энергии, например, в сочетании с ветряными электростанциями и солнечными электростанциями, где они временно хранят произведенную там энергию, чтобы ее можно было использовать в более позднее время. «Мы первые ученые, которые построили такую небольшую проточную батарею, чтобы объединить подачу энергии и охлаждение», — говорит Джулиан Маршевски, докторант группы Пуликакоса.Мощность новой микро-батареи также является рекордной по размеру: 1,4 Вт на квадратный сантиметр поверхности батареи. Даже если вычесть мощность, необходимую для перекачки жидких электролитов в аккумулятор, результирующая чистая плотность мощности все равно составит 1 ватт на квадратный сантиметр.Как исследователи смогли показать в ходе эксперимента, жидкости-электролиты действительно способны охлаждать микросхему.
Они даже способны рассеивать тепло, во много раз превышающее то, что батарея вырабатывает в виде электрической энергии (которая преобразуется в тепло во время работы микросхемы).Система каналов оптимизирована с помощью 3D-печати
По словам ученых, самой серьезной проблемой при создании новых микропоточных батарей было построить их таким образом, чтобы они снабжались электролитами с максимальной эффективностью, в то же время сохраняя мощность накачки на минимально возможном уровне. «Было важно найти идеальный компромисс», — говорит Маршевски.Электрохимические реакции в батарее происходят в двух тонких и пористых слоях электродов, разделенных мембраной. Маршевски и его коллеги использовали технологию 3D-печати для создания системы полимерных каналов, чтобы максимально эффективно вдавливать электролит в пористый электродный слой. Наиболее подходящей из различных протестированных конструкций оказалась конструкция, состоящая из сужающихся каналов клиновидной формы.
Интересно и для больших системТеперь ученые представили первоначальное доказательство концепции конструкции небольшой проточной батареи.
Хотя плотность мощности новой микропоточной батареи очень высока, вырабатываемой электроэнергии все еще недостаточно для работы компьютерного чипа. Чтобы использовать проточную батарею в стеке микросхем, отраслевые партнеры должны дополнительно оптимизировать ее.
Как отмечают ученые, новый подход интересен и для других приложений: например, в лазерах, которые должны получать энергию и охлаждаться; или для солнечных элементов, где произведенное электричество может храниться непосредственно в аккумуляторном элементе и использоваться позже, когда это необходимо. Система также может поддерживать рабочую температуру солнечного элемента на идеальном уровне.
Кроме того, батареи с большим расходом могут быть улучшены с помощью оптимизированного подхода, заключающегося в проталкивании жидкостей электролита через пористые электроды.