La microbatería. Fuente: Universidad de Illinois.
Combinando dos técnicas, la litografía holográfica 3D y la fotolitografía, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EEUU) han conseguido crear una microbatería 3D de alto rendimiento, adecuada para su integración a gran escala en chips de dispositivos microelectrónicos.
"Esta microbatería 3D tiene un rendimiento y una escalabilidad excepcionales, y creemos que será importante para muchas aplicaciones", explica Paul Braun, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería de dicha Universidad en un comunicado institucional.
"Los dispositivos a escala micro utilizan normalmente energía cuyo suministro es externo a los chips, debido a las dificultades en la miniaturización de las tecnologías de almacenamiento de energía. Una batería miniaturizada de alta energía y potencia para chips resultará muy conveniente para el desarrollo de actuadores autónomos a microescala, sensores y transmisores distribuidos inalámbricos, monitores y dispositivos médicos portátiles e implantables", añade Braun.
"Esta microbatería 3D tiene un rendimiento y una escalabilidad excepcionales, y creemos que será importante para muchas aplicaciones", explica Paul Braun, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería de dicha Universidad en un comunicado institucional.
"Los dispositivos a escala micro utilizan normalmente energía cuyo suministro es externo a los chips, debido a las dificultades en la miniaturización de las tecnologías de almacenamiento de energía. Una batería miniaturizada de alta energía y potencia para chips resultará muy conveniente para el desarrollo de actuadores autónomos a microescala, sensores y transmisores distribuidos inalámbricos, monitores y dispositivos médicos portátiles e implantables", añade Braun.
Controlar la estructura de los electrodos
"Debido a la complejidad de los electrodos 3D, generalmente resulta difícil fabricar este tipo de baterías, y mucho más integrarlas de manera escalable en un chip. En este proyecto, hemos desarrollado un método eficaz para fabricar microbaterías 3D de iones de litio con alto rendimiento, mediante procesos altamente compatibles con la fabricación de microelectrónica", explica por su parte Hailong Ning, otro de los autores del avance.
"Hemos utilizado la litografía holográfica 3D para definir la estructura interior de los electrodos, y la fotolitografía 2D para crear la forma deseada de cada electrodo", añade Ning.
"Este trabajo combina así conceptos importantes de fabricación, caracterización y modelado, y demuestra que la energía y la potencia de la microbatería están fuertemente relacionadas con los parámetros estructurales de los electrodos, como su tamaño, su forma, su superficie o su porosidad . Un aspecto clave de este nuevo método es que todos estos parámetros pueden ser controlados fácilmente durante las fases de la litografía, lo que ofrece una flexibilidad única para el diseño de la próxima generación de chips con dispositivos de almacenamiento de energía".
Este avance recuerda a otro reciente: el del ordenador más pequeño del mundo que, con solo dos milímetros de diámetro, cuenta -además de con un miniprocesador- con una célula solar de 1 milimetro cuadrado que alimenta una pequeña batería.
"Debido a la complejidad de los electrodos 3D, generalmente resulta difícil fabricar este tipo de baterías, y mucho más integrarlas de manera escalable en un chip. En este proyecto, hemos desarrollado un método eficaz para fabricar microbaterías 3D de iones de litio con alto rendimiento, mediante procesos altamente compatibles con la fabricación de microelectrónica", explica por su parte Hailong Ning, otro de los autores del avance.
"Hemos utilizado la litografía holográfica 3D para definir la estructura interior de los electrodos, y la fotolitografía 2D para crear la forma deseada de cada electrodo", añade Ning.
"Este trabajo combina así conceptos importantes de fabricación, caracterización y modelado, y demuestra que la energía y la potencia de la microbatería están fuertemente relacionadas con los parámetros estructurales de los electrodos, como su tamaño, su forma, su superficie o su porosidad . Un aspecto clave de este nuevo método es que todos estos parámetros pueden ser controlados fácilmente durante las fases de la litografía, lo que ofrece una flexibilidad única para el diseño de la próxima generación de chips con dispositivos de almacenamiento de energía".
Este avance recuerda a otro reciente: el del ordenador más pequeño del mundo que, con solo dos milímetros de diámetro, cuenta -además de con un miniprocesador- con una célula solar de 1 milimetro cuadrado que alimenta una pequeña batería.
Referencia bibliográfica:
Hailong Ning, James H. Pikul, Runyu Zhang, Xuejiao Li, Sheng Xu, Junjie Wang, John A. Rogers, William P. King, Paul V. Braun. Holographic patterning of high-performance on-chip 3D lithium-ion microbatteries. Proceedings of the National Academy of Sciences (2015). DOI: 10.1073/pnas.1423889112.
Hailong Ning, James H. Pikul, Runyu Zhang, Xuejiao Li, Sheng Xu, Junjie Wang, John A. Rogers, William P. King, Paul V. Braun. Holographic patterning of high-performance on-chip 3D lithium-ion microbatteries. Proceedings of the National Academy of Sciences (2015). DOI: 10.1073/pnas.1423889112.