(PhysOrg.com) -- Si scopre che tu Potere essere troppo sottile, specialmente se sei una batteria su scala nanometrica. Ricercatori del National Institute of Standards and Technology, l'Università del Maryland, Parco dell'università, e i Sandia National Laboratories hanno costruito una serie di batterie a nanofili per dimostrare che lo spessore dello strato di elettrolita può influire notevolmente sulle prestazioni della batteria, impostando efficacemente un limite inferiore alle dimensioni delle minuscole fonti di energia. I risultati sono importanti perché le dimensioni e le prestazioni della batteria sono fondamentali per lo sviluppo di MEMS autonomi, macchine microelettromeccaniche, che hanno applicazioni potenzialmente rivoluzionarie in un'ampia gamma di campi.

dispositivi MEMS, che può essere piccolo come decine di micrometri (cioè, circa un decimo della larghezza di un capello umano), sono stati proposti per molte applicazioni in medicina e monitoraggio industriale, ma generalmente hanno bisogno di un piccolo, longevo, batteria a ricarica rapida per una fonte di alimentazione. L'attuale tecnologia delle batterie rende impossibile costruire queste macchine molto più piccole di un millimetro, la maggior parte delle quali è la batteria stessa, il che rende i dispositivi terribilmente inefficienti.

Il ricercatore del NIST Alec Talin e i suoi colleghi hanno creato una vera e propria foresta di minuscole batterie agli ioni di litio a stato solido, alte circa 7 micrometri e larghe 800 nanometri, per vedere quanto piccole potrebbero essere realizzate con i materiali esistenti e per testarne le prestazioni.

A partire dai nanofili di silicio, i ricercatori hanno depositato strati di metallo (per un contatto), materiale del catodo, elettrolita, e materiali anodici con vari spessori per formare le batterie in miniatura. Hanno usato un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) per osservare il flusso di corrente attraverso le batterie e osservare i materiali al loro interno cambiare mentre si caricano e si scaricano.

Il team ha scoperto che quando lo spessore del film di elettrolita scende al di sotto di una soglia di circa 200 nanometri, gli elettroni possono saltare il bordo dell'elettrolita invece di fluire attraverso il filo fino al dispositivo e al catodo. Gli elettroni che attraversano l'elettrolita, un cortocircuito, provocano la rottura dell'elettrolita e la rapida scarica della batteria.

"Ciò che non è chiaro è esattamente il motivo per cui l'elettrolita si rompe, "dice Talin. “Ma ciò che è chiaro è che dobbiamo sviluppare un nuovo elettrolita se vogliamo costruire batterie più piccole. Il materiale predominante, LiPON, semplicemente non funzionerà agli spessori necessari per realizzare pratiche batterie ricaricabili ad alta densità di energia per MEMS autonomi.