(PhysOrg.com) - Resulta que usted pueden Sea demasiado delgado, especialmente si tiene una batería a nanoescala. Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, la Universidad de Maryland, College Park, y Sandia National Laboratories construyeron una serie de baterías de nanocables para demostrar que el grosor de la capa de electrolito puede afectar drásticamente el rendimiento de la batería, estableciendo efectivamente un límite inferior al tamaño de las pequeñas fuentes de energía. Los resultados son importantes porque el tamaño y el rendimiento de la batería son clave para el desarrollo de MEMS autónomos (máquinas microelectromecánicas) que tienen aplicaciones potencialmente revolucionarias en una amplia gama de campos.

Dispositivos MEMS, que puede ser tan pequeño como decenas de micrómetros (es decir, aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano), se han propuesto para muchas aplicaciones en medicina y monitorización industrial, pero generalmente necesitan un pequeño, longevo batería de carga rápida como fuente de alimentación. La tecnología actual de la batería hace que sea imposible construir estas máquinas mucho más pequeñas que un milímetro, la mayoría de las cuales es la batería misma, lo que hace que los dispositivos sean terriblemente ineficientes.

El investigador del NIST Alec Talin y sus colegas crearon un verdadero bosque de diminutas baterías de iones de litio de estado sólido, de aproximadamente 7 micrómetros de alto y 800 nanómetros de ancho, para ver qué tan pequeñas podrían hacerse con materiales existentes y probar su rendimiento.

Comenzando con nanocables de silicio, los investigadores depositaron capas de metal (para un contacto), material de cátodo, electrólito, y materiales de ánodo con varios espesores para formar las baterías en miniatura. Utilizaron un microscopio electrónico de transmisión (TEM) para observar el flujo de corriente a través de las baterías y observar cómo cambiaban los materiales dentro de ellas a medida que se cargaban y descargaban.

El equipo descubrió que cuando el espesor de la película de electrolito cae por debajo de un umbral de aproximadamente 200 nanómetros, los electrones pueden saltar el borde del electrolito en lugar de fluir a través del cable hasta el dispositivo y el cátodo. Los electrones que toman el camino corto a través del electrolito (un cortocircuito) hacen que el electrolito se descomponga y la batería se descargue rápidamente.

"Lo que no está claro es exactamente por qué se descompone el electrolito, ”Dice Talin. “Pero lo que está claro es que necesitamos desarrollar un nuevo electrolito si vamos a construir baterías más pequeñas. El material predominante, LiPON, simplemente no funcionará con los espesores necesarios para hacer prácticas baterías recargables de alta densidad de energía para MEMS autónomos ".