El aumento de la demanda de sensores electrónicos súper diminutos provenientes de la atención médica, los servicios ambientales y el Internet de las cosas está impulsando la búsqueda de formas igualmente diminutas de alimentar estos sensores. Una revisión del estado de los supercondensadores ultracompactos, o "micro-supercondensadores", concluye que aún queda mucha investigación por hacer antes de que estos dispositivos puedan cumplir su promesa.

La revisión apareció en la revista Nano Research Energy .

La explosión de la demanda en los últimos años de dispositivos electrónicos miniaturizados, como monitores de salud, sensores ambientales y tecnologías de comunicaciones inalámbricas, ha impulsado a su vez la demanda de componentes para aquellos dispositivos que cada vez tienen menor tamaño y peso, con menor consumo de energía, y todo ello a precios más baratos.

Lo más ilustrativo de la necesidad de tales componentes electrónicos de alto rendimiento pero diminutos son las necesidades emergentes pero sustanciales del Internet de las cosas:la incorporación de múltiples microsensores que pueden recibir, procesar y transmitir señales a través de una variedad de aplicaciones desde dispositivos inteligentes hasta dispositivos electrónicos. tecnología del hogar a la atención médica. Dichos microsensores tienden a implementarse en espacios extremadamente limitados.

Como estos microsensores, al igual que sus primos macro, tienen que funcionar con energía de algún lugar, deben combinarse con fuentes de "microenergía" igualmente pequeñas. Pero la incorporación de dispositivos convencionales de almacenamiento de energía, como baterías, incluso las más pequeñas, hace que los sensores sean demasiado pesados ​​y voluminosos para los requisitos del Internet de las cosas.

Como resultado, los científicos e ingenieros han explorado la posibilidad de convertir fuentes de energía como la luz o incluso las vibraciones mecánicas en electricidad, pero esto aún requiere algún tipo de almacenamiento de energía para compensar la intermitencia e inestabilidad de estas fuentes.

¿Qué puede hacer el trabajo de una batería pero no necesita ser tan voluminoso como una batería? Los microsupercondensadores son una opción.

Los condensadores pueden ser familiares para los electricistas e ingenieros eléctricos, pero el público en general puede estar menos familiarizado con su funcionamiento que con las baterías. Un condensador almacena energía pero en forma de campo eléctrico en lugar de químicamente como con una batería. No puede almacenar tanta energía como una batería, pero puede cargar y liberar su energía mucho más rápido.

Un supercondensador es un condensador con mucha más capacidad de almacenamiento de energía que un condensador normal, lo que lo convierte en un punto medio entre los condensadores y las baterías. Y un supercondensador ultracompacto, o "micro-supercondensador" (MSC) es un supercondensador que es lo suficientemente pequeño como para integrarse en sistemas micro o incluso nanoelectrónicos.

Son estos MSC los que han recibido una atención creciente en la era de la Internet de las cosas, en particular para permitir dispositivos micro y nano electrónicos autoalimentados e inalámbricos. Esto se debe a su salida de potencia excepcional, vida útil ultralarga de aproximadamente 100 000 ciclos, rutas de difusión más controlables para electrones o iones (los diminutos "actores" cinéticos que hacen todo el trabajo en los sistemas electrónicos), rendimiento de salida ajustable y fácil integración. con sistemas súper pequeños.

"Pero quedan muchos desafíos para que todo esto funcione", dijo Zhong-Shuai Wu, coautor del artículo de revisión y profesor del State Key Laboratory of Catalysis, en la Academia de Ciencias de China. "Así que pensamos que era hora de redactar un artículo de revisión para que el campo pueda identificar mejor lo que hicimos bien y lo que aún debe corregirse".

Los artículos de revisión son una etapa clave en el desarrollo de una disciplina joven para que los investigadores puedan aclarar la comprensión actual, identificar desafíos y lagunas en la investigación. Las revisiones también pueden ofrecer pautas para la política y consejos sobre las mejores prácticas.

Los revisores concluyeron que el tamaño de la mayoría de las MSC que se han informado en la literatura científica sigue siendo demasiado grande para incorporarse fácilmente a los sistemas microelectrónicos. Se ha centrado una atención limitada en la fabricación de MSC ultrapequeñas, de menos de diez milímetros cuadrados, y en el confinamiento hipercompacto de electrolitos (un elemento clave de las MSC) a escala micro.

Un desafío principal para las MSC sigue siendo la necesidad de reducir el tamaño de la característica, incluida la longitud y el ancho del microelectrodo y el espacio entre los microelectrodos adyacentes. Todo esto mejoraría la capacidad de integración de los MSC en los dispositivos relevantes. En este sentido, muchos estudios de MSC se han centrado en técnicas de microfabricación de alta precisión, como la fotolitografía, la técnica de trazado con láser, el grabado con haz de iones enfocados y los métodos de impresión novedosos.

Otros avances recientes de MSC incluyen el desarrollo de una resolución superior, un voltaje de salida ajustable, una capacitancia mejorada (la capacidad del MSC para recolectar y almacenar energía en forma de carga eléctrica) y la deposición de electrolitos que se adaptan a la forma.

A pesar de una serie de logros impresionantes, especialmente a escala nanométrica, la densidad de energía y potencia sigue siendo insatisfactoria para un rendimiento rentable. Además, la comprensión teórica necesita trabajo. En este sentido, los autores abogan por una mayor cooperación interdisciplinaria dada la cantidad de campos relevantes para la investigación de MSC, y les gustaría ver la introducción del aprendizaje automático para ayudar con el diseño preciso de MSC para satisfacer con mayor precisión las demandas dispares en diferentes escenarios de aplicaciones inteligentes. + Explora más

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