Микросуперконденсаторы позволят электронным чипам самим хранить необходимую для их работы энергию - «Наука и технологии»

Характеристики и возможности аккумуляторных батарей в наше время улучшаются достаточно стабильными темпами, однако эти технологии обладают и рядом существенных недостатков. Аккумуляторные батареи не очень надежны, они неспособны моментально отдавать большое количество накопленной в них энергии и их структура очень тяжело поддается миниатюризации. Однако, у аккумуляторных батарей имеется конкурент, практически лишенный всех вышеперечисленных недостатков, суперконденсатор. И учеными из университета Дрекселя и университета Пола Сэбэтира удалось создать столь миниатюрные суперконденсаторы, что их можно включать в состав электронных чипов, давая последним возможность накапливать энергию, необходимую для их функционирования.

Создание микросуперконденсаторов является кульминацией пяти лет исследований, проведенных Юрием Гоготси (Yury Gogotsi) и Патрисом Саймоном (Patrice Simon). Кроме того, что исследователям удалось создать сверхминиатюрные устройства накопления и хранения энергии, им удалось привести технологический процесс их изготовления в соответствие с нормами производства кремниевых полупроводниковых приборов и микросхем.

"Мы стремились создать не только устройство аккумулирования энергии, столь малое, как чип электронной микросхемы" - рассказывает Патрис Саймон, - "Мы создавали устройство, которое способно стать частью чипа и которое можно изготовить при помощи обычных технологий производства кремниевых микросхем".

Крошечные суперконденсаторы изготовлены на базе тонких пленок из углеродистого материала, карбида титана (TiC), которые осаждаются на поверхность кремниевой подложки. Удельное электрическое сопротивление, толщину, механическую прочность и множество других параметров суперконденсатора можно варьировать в широких пределах, изменяя параметры процесса производства. Этим можно адаптировать структуру создаваемых суперконденсаторов под требования каждого конкретного чипа и под особенности структуры его кристалла.

"Элементы современных смартфонов и другой миниатюрной электроники будут сокращаться в будущем вплоть до микромасштаба. Однако, большинство имеющихся аккумуляторных микробатарей уже будут не в состоянии удовлетворить энергетические потребности таких устройств, даже несмотря на их энергетическую экономичность" - рассказывает Патрис Саймон, - "Однако, наши суперконденсаторы легко смогут справиться с такой работой, не просто справиться, а справиться намного лучше аккумуляторных батарей. Ведь они имеют гораздо более высокую емкость, нежели батареи сопоставимых размеров, могут отдавать большую мощность и не подвержены процессу временной деградации".

Первыми областями применения миниатюрных суперконденсаторов могут стать чипы меток радиочастотной идентификации (RFID), чипы датчиков, медицинские имплантаты и другие миниатюрные электронные устройства с низким уровнем потребления энергии. Кроме этого, подобные устройства имеют право на жизнь и вне мира электроники, углеродистые пленки, имеющие поры размером с молекулу, могут быть использованы в качестве основы совершенно новых электрических методов фильтрации газов, опреснения воды и очистки различных химических веществ.