Крошечные суперконденсаторы могут стать источником энергии, встраиваемым прямо в кристаллы полупроводниковых чипов

Исследователи из финского Технического Научно-исследовательского центра VTT разработали метод созданий крайне высокоэффективных миниатюрных источников энергии на основе микросуперконденсаторов. Такие устройства аккумулирования энергии можно встраивать прямо в структуру чипов кремниевых интегральных микросхем и это все открывает путь созданию сетей автономных датчиков, носимой электроники и мобильных устройств из разряда так называемого Интернета Вещей (Internet-Of-Things, IoT).

Напомним нашим читателям, что суперконденсаторы — это устройства хранения энергии большой емкости, которые хранят энергию в виде электростатического заряда, а не в виде химической энергии, как это делается в традиционных аккумуляторных батареях. Ключевым компонентом новых суперконденсаторов является гибридный наноэлетрод, толщиной всего несколько нанометров. Они изготовлен из обычного кремния, покрытого слоем нитрида титана, сформированного методом атомарного осаждения.

Конструктивные особенности этого наноэлектрода определяют высочайшее значение его эффективной площади по отношению к занимаемому объему. Микроканалы, сформированные в промежутках между электродами, заполняются проводящей ионной жидкостью, что превращает структуру в высокоэффективное устройство накопления энергии. Все вышеперечисленные особенности позволяют микроконденсатору получить более высокий показатель плотности хранения энергии, более высокой скорости накопления и отдачи электрического заряда, чем аналогичные параметры суперконденсаторов, изготовленных на базе углеродных нанотрубок и графена.

Каждый крошечный суперконденсатор способен накопить 0.22 Джоуля (55 микроватт*часов), а энергии, накапливаемой матрицей суперконденсаторов, площадью 1 квадратный сантиметр, достаточно для снабжения энергией весьма активно потребляющих интегральных схем и датчиков. Такие микросуперконденсаторы могут быть размещены на кристаллах чипов рядом с устройствами преобразования в электричество тепловой энергии, энергии солнечного света и энергии механических колебаний. Подобный симбиоз позволит электронным устройствам черпать энергию отовсюду, откуда это возможно, включая и энергию радиоволн, излучаемых теле-, радиопередатчиками и другими устройствами беспроводных коммуникаций.