(Phys.org) —Anche se sono piccoli, sono feroci. Le batterie più potenti del pianeta misurano solo pochi millimetri, eppure sono così potenti che un guidatore potrebbe usare un cellulare alimentato da queste batterie per far ripartire la batteria di un'auto scarica e poi ricaricare il telefono in un batter d'occhio.

Sviluppato da ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, le nuove microbatterie superano anche i migliori supercondensatori e potrebbero favorire nuove applicazioni nelle comunicazioni radio e nell'elettronica compatta.

Guidato da William P. King, il Professore Bliss di scienze meccaniche e ingegneria, i ricercatori hanno pubblicato i loro risultati nel numero del 16 aprile di Comunicazioni sulla natura .

"Questo è un modo completamente nuovo di pensare alle batterie, " King ha detto. "Una batteria può fornire molta più potenza di quanto chiunque abbia mai pensato. Negli ultimi decenni, l'elettronica è diventata piccola Le parti pensanti dei computer sono diventate piccole. E la batteria è rimasta molto indietro. Questa è una microtecnologia che potrebbe cambiare tutto questo. Ora la fonte di alimentazione è ad alte prestazioni come il resto".

Con le fonti di alimentazione attualmente disponibili, gli utenti hanno dovuto scegliere tra potenza ed energia. Per applicazioni che richiedono molta potenza, come trasmettere un segnale radio a lunga distanza, i condensatori possono rilasciare energia molto rapidamente, ma possono immagazzinarne solo una piccola quantità. Per applicazioni che richiedono molta energia, come suonare a lungo una radio, le celle a combustibile e le batterie possono contenere molta energia ma rilasciarla o ricaricarsi lentamente.

"C'è un sacrificio, " ha detto James Pikul, uno studente laureato e primo autore del documento. "Se vuoi un'energia elevata non puoi ottenere una potenza elevata; se vuoi una potenza elevata è molto difficile ottenere un'energia elevata. Ma per applicazioni molto interessanti, applicazioni particolarmente moderne, hai davvero bisogno di entrambi. Questo è ciò che le nostre batterie stanno iniziando a fare. Ci stiamo davvero spingendo in un'area nello spazio di progettazione dell'accumulo di energia che non è attualmente disponibile con le tecnologie di oggi".

Le nuove microbatterie offrono sia potenza che energia, e modificando un po' la struttura, i ricercatori possono sintonizzarli su un'ampia gamma sulla scala potenza-energia.

Le batterie devono le loro elevate prestazioni alla loro microstruttura tridimensionale interna. Le batterie hanno due componenti chiave:l'anodo (lato negativo) e il catodo (lato positivo). Basandosi su un nuovo design del catodo a ricarica rapida del gruppo del professore di scienze dei materiali e ingegneria Paul Braun, King e Pikul hanno sviluppato un anodo corrispondente e quindi hanno sviluppato un nuovo modo per integrare i due componenti su microscala per realizzare una batteria completa con prestazioni superiori.

Con così tanto potere, le batterie potrebbero attivare sensori o segnali radio che trasmettono 30 volte più lontano, o dispositivi 30 volte più piccoli. Le batterie sono ricaricabili e possono caricare 1, 000 volte più veloce delle tecnologie concorrenti:immagina di preparare un telefono sottile come una carta di credito in meno di un secondo. Oltre all'elettronica di consumo, dispositivi medici, laser, sensori e altre applicazioni potrebbero vedere balzi in avanti nella tecnologia con tali fonti di alimentazione disponibili.

"Qualsiasi tipo di dispositivo elettronico è limitato dalle dimensioni della batteria - fino ad ora, " King ha detto. "Considerate dispositivi medici personali e impianti, dove la batteria è un enorme mattone, ed è collegato a piccolissime elettroniche e fili minuscoli. Ora anche la batteria è minuscola".

Ora, i ricercatori stanno lavorando per integrare le loro batterie con altri componenti elettronici, così come la producibilità a basso costo.

"Ora possiamo pensare fuori dagli schemi, " Ha detto Pikul. "Si tratta di una nuova tecnologia abilitante. Non è un miglioramento progressivo rispetto alle tecnologie precedenti; rompe i normali paradigmi delle fonti energetiche. Ci sta permettendo di fare cose diverse, nuove cose."

La National Science Foundation e l'Air Force Office of Scientific Research hanno sostenuto questo lavoro. King è anche affiliato al Beckman Institute for Advanced Science and Technology; il laboratorio di ricerca sui materiali Frederick Seitz; il Laboratorio di Micro e Nanotecnologie; e il dipartimento di ingegneria elettrica e informatica presso l'U. di I.