Миниатюрные батареи «NanoEnergy». Аккумуляторы миниатюрные


Разработаны миниатюрные суперъёмкие аккумуляторы

Разработаны миниатюрные суперъёмкие аккумуляторы

Хотели бы вы иметь смартфон с аккумулятором, от которого можно «прикурить» автомобиль? И при этом, чтобы он заряжался на считанные секунды? Фантастика — скажете вы. Тем не менее, учёные из Университета Иллинойса опубликовали свою работу, которая дарит нам надежду увидеть такие супербатареи в будущем.

Это переворачивает представление о батареях. Она может выдать гораздо больше мощности, чем кто-либо может представить. В последние десятилетия электроника стала компактнее. «Думающие» части компьютеров так же стали меньше. А батареи — значительно отстают. Наша микротехнология может всё это изменить. Теперь источник питания такой же высокопроизводительный, как и всё остальное.

С современными источниками питания пользователю приходится выбирать между мощностью и ёмкостью. Для некоторых применений нужно большое количество энергии(например, при передаче радиосигнала на большие расстояния). Конденсаторы способны быстро её высвобождать, но при этом запасая её лишь в небольших количествах. Для других задач, вроде длительного прослушивания радио, нужна большая ёмкость источника, которую имеют, например, топливные элементы и батареи. Но они отдают электроэнергию довольно медленно.

Батареи, созданные командой под руководством Уильяма Кинга(William P. King), позволяют создавать бескомпромиссные аккумуляторы, выдающие высокую мощность и при этом обладающие высокой ёмкостью. Причем, с помощью несложной подстройки производственного процесса, возможно варьировать соотношение этих параметров.

С такими батареями возможна, например, передача радиосигнала на расстояние в 30 раз бОльшее, чем с обычными источниками питания или сокращение размера аккумулятора в 30 раз. Кроме того, батареи способны заряжаться в 1000 раз быстрее современных. Впечатляет, не правда ли?

В настоящий момент учёные работают над интеграцией своих батарей с другими электронными компонентами, а так же разрабатывают процесс производства, который позволит запустить их в серию по приемлемой цене.

Автор: Captcha

Источник

www.pvsm.ru

Миниатюрные батареи «NanoEnergy»

Темпы миниатюризации мобильных, небольших габаритов электронных устройств показывают растущую тенденцию, которая сейчас ориентируется на уменьшение размеров батарей и аккумуляторов для обеспечения устройств электрической энергией. Электронные устройства, в число которых входят слуховые аппараты, кардиоводители сердца и сети всевозможных датчиков, потребляют небольшое количество электроэнергии и могут при этом функционировать достаточно длительное время. В настоящее время, в большинстве случаев, применяют для электрического питания привычные для всех батареи и аккумуляторы, размер которых может не превышать размера монеты. Отныне, ситуация может меняться с объявлением на рынке инновационной технологии, позволяющей фирме Front-Edge Technology (FET) изготавливать специальные ультратонкие батареи, электроемкость которых в десятки раз больше, нежели у обыкновенных. 

 

Данные гибкие батареи следующего поколения, которые называются «NanoEnergy», станут поистине оптимальными источниками электрического питания для мобильных и достаточно малых электронных устройств. Батареи «NanoEnergy»  изготавливаются практически в любых формах и габаритах. Толщина подобных батарей около двухсот микрон, они тоньше бумажного листа. Применяемая на производстве тонкопленочная технология применяет твердый электролит на базе литиевофосфорного оксинитрида (LiPON), придающего самой батарее гибкость и существенно повышающего ее электрическую емкость.

 

Батареи «NanoEnergy» обеспечивают возрастающие потребности негабаритной электроники.

 

Ресурсы подобных тонкопленочных и твердотельных аккумуляторов очень велики, они превышают 1000 циклов разрядки-зарядки, к этому можно прибавить, что заряд таковых батарей производится быстрее, нежели обыкновенных литий-ионных батарей. Немалое значение тока зарядки обеспечивает зарядку до уровня в 90% от номинальной емкости всего за пятнадцать минут времени, или уровня в 3/4 всего лишь за пару минут. Иными положительными свойствами батарей «NanoEnergy» можно назвать пониженный уровень саморазряда, который ниже, чем 20 % в год - в варианте внезапно образовавшегося короткого замыкания устройства не разрушаются, и не наносят какого - либо вреда окружающей среде.

 

Фирма Front-Edge Technology, для ускоренного продвижения на рынке своего товара, решила объединить собственные усилия с усилиями фирмы STMicroelectronics – одного из первейших разработчиков микроэлектроники и разнообразных электронных компонентов. Подобное объединение поспособствует объявлению на рынке устройств, которые будут оснащены батареями «NanoEnergy».

masterxoloda.ru

Самый маленький аккумулятор работает до 10 лет в теле человека

Новый аккумулятор, созданный в научных лабораториях, является самым миниатюрным элементом питания, который способен работать внутри человеческого тела. Уже в самом ближайшем будущем такие аккумуляторы будут питать энергией "бионические нейроны" - автономные устройства, которые излучают электрические микроимпульсы, стимулируя поврежденные нервы или парализованные мускулы живого организма.

Батарея диаметром 2,9 мм и длиной 13 мм по размеру примерно соответствует карандашному острию. Малый размер батареи позволяет создавать миниатюрные устройства, которые легко имплантировать в человеческое тело без риска повредить сосуды или занести инфекцию. Перезарядка аккумулятора осуществляется дистанционно.

Новый электролит

Если элемент питания так мал, то насколько хватит его заряда? Раньше эта проблема становилась непреодолимым препятствием в практическом использовании миниатюрных аккумуляторов. Однако новые аккумуляторы, которые недавно были представлены в США, способны работать при условии периодической перезарядки до 10 лет подряд. Эти устройства разработаны калифорнийской фирмой Quallion в тесном сотрудничестве с Аргоннской национальной лабораторией и университетом Висконсина. Секрет продолжительного жизненного цикла заключается в уникальном химическом составе электролита.

В процессе поиска подходящего электролита с нужными характеристиками исследователи экспериментировали с полимером полисилоксана. Эксперименты оказались успешными: полученная фаза на основе этого полимера характеризовалась чрезвычайно высокой ионной электропроводностью, которая приближалась к 10-3 S см-1 при комнатной температуре. Это рекордный показатель. Ни один твердый электролит в литий-ионном аккумуляторе никогда не демонстрировал подобную ионную электропроводность при комнатной температуре.

Аккумулятор, изготовленный с использованием полимера полисилоксана, можно перезаряжать на расстоянии - достаточно поместить его в электрическое поле. Таким образом, в случае использования нового элемента питания в конструкции бионических нейронов отпадает потребность проводить периодические хирургические операции по извлечению имплантанта из человеческого тела и перезарядке элементов питания.

Аккумуляторы фирмы Quallion, предназначенные для конструирования имплантантов, маркируются как серия "I". При массе элемента 200 мг эффективность заряда (емкость) составляет 3 мАч.

Недостатком нового аккумулятора является высокая цена. В данный момент один элемент серии "I" стоит около $400, однако при массовом производстве стоимость должна значительно снизиться.

Конструкция устройства

Разработкой прикладных устройств с использованием новых аккумуляторов занимается, в частности, американская фирма Advanced Bionics. Она известна, главным образом, как разработчик популярного "бионического уха" - прибора Clarion CII Bionic Ear, который возвращает людям слух. Прибор улавливает все звуки, расшифровывает их и посылает напрямую в слуховой нерв с частотой миллион импульсов в секунду. "Бионическое ухо" вживляется в кожу на голове и обеспечивает очень высокую четкость звука.

Следующий коммерческий продукт фирмы Advanced Bionics, скорее всего, будет универсальным миниатюрным стимулятором, который можно имплантировать в любую часть человеческого тела и запрограммировать на определенное воздействие. Этот прибор на основе новых миниатюрных аккумуляторов фирмы Quallion носит кодовое название Bion и пока что находится в стадии разработки. Предполагается, что самыми очевидными сферами его применения будут лечение больных с недержанием мочи и парализованными легкими. В обоих случаях пациенты нуждаются в постоянном и довольно примитивном электрическом стимулировании определенных мышц, утративших работоспособность.

Bion внешне выглядит как маленький герметичный цилиндр, абсолютно изолированный от внешней среды. Управляющие команды он получает по радио. Таким способом можно в процессе лечения перепрограммировать устройство. Доктор может изменить частоту и силу электроимпульсов, увеличив или уменьшив воздействие на поврежденный орган. Система управления питанием принимает радиосигнал от аккумулятора, который сообщает об истощении заряда.

Перезарядка осуществляется просто. Один вывод батареи встроен в само устройство, которое находится внутри тела, а второй вывод можно поместить в кресло или кушетку во врачебном кабинете. Достаточно пациенту посидеть 15 минут в таком кресле - и он уже полностью заряжен. Процедура перезарядки аккумулятора проходит незаметно для пациента.

Как часто нужно перезаряжать аккумулятор, зависит от интенсивности его работы в организме человека. В целом, интервалы перезарядки варьируются от недели до месяца. Вместо плановой перезарядки можно установить Bion в режим оповещения, когда он сам будет сигнализировать забывчивым пациентам об упавшем напряжении.

Применение электроимпульсов

Электроимпульсы давно используются в медицине для мышечной стимуляции, это стандартная процедура физиотерапии. Самым распространенным методом является размещение электродов на поверхности кожи. Недостатки очевидны: такие импульсы могут быть болезненными, а точное стимулирование определенных участков мышечной ткани отнюдь не гарантировано.

Имплантанты сегодня используются гораздо реже, потому что они питаются от больших батарей относительно малой емкости, да к тому же не перезаряжаемых. Фактически, только некоторые виды подобных имплантантов нашли широкое применение - например, кардиостимуляторы. Однако даже самые лучшие из них могут работать без перезарядки всего три-пять дней.

Бионический нейрон настолько мал, что без труда размещается в определенном месте возле нужной мышцы. Он работает по принципу мимикрии, подражая импульсам из мозга и, таким образом, стимулируя сокращение мышц. Методом электростимуляции бионический нейрон возвращает к жизни парализованные мускулы. Он может выполнять и другие функции, если его запрограммировать на более сложное поведение.

Сейчас ведутся научные исследования, которые имеют целью поставить имплантант под контроль, чтобы постоянно управлять его характеристиками с компьютерного пульта и одновременно снабжать энергией. Такие опыты ставят ученые из биомедицинского инженерного департамента Университета Южной Калифорнии.

Ожидается, что прибор получит одобрение FDA на использование в медицинских целях уже в 2004 году.

Анатолий АЛИЗАР

По материалам журнала Wired, докладов Quallion.

www.kv.by

Миниатюрный элемент питания - это... Что такое Миниатюрный элемент питания?

Миниатюрные элементы питания различного размера

Миниатюрный элемент питания — батарейка размером с пуговицу, впервые широко начала применяться в электронных наручных часах, поэтому называется также часовой батарейкой.

Различия

Миниатюрные батарейки отличаются по высоте, диаметру, напряжению (В) и ёмкости (мА·ч), а также химическим составом.

У каждого элемента питания есть наименование, по которому можно определить вышеназванные параметры.

Напряжение

Наименование

Разные производители используют свою маркировку, вследствие чего иногда бывает непросто найти замену отслужившей батарейке.

Ниже приводятся наиболее распространённые наименования.

Серебряно-цинковые элементы

  • LD — для электроприборов с низким и равномерным энергопотреблением.
  • HD — для электроприборов с высоким и неравномерным энергопотреблением.
  • MD — для любых режимов. (нет в таблице)
диаметр,мм высота,мм тип МЭК-код Renata,Varta (V),Duracell (D) Maxell,Sony Seiko Rayovac
11,6 5,4 LD 303 SR44SW SB-A9
11,6 5,4 HD SR44 357 SR44W SB-B9 RW42
11,6 4,2 LD 301 SR43SW SB-A8 RW34
11,6 4,2 HD SR43 386 SR43W SB-B8
11,6 3,6 LD SR43 344 SR1136SW RW36
11,6 3,6 HD 350
11,6 3 LD SR54 390 SR1130SW SB-AU RW39
11,6 3 HD 389 SR1130W SB-BU
11,6 2,1 LD 381 SR1120SW SBAS-DS RW30
11,6 2,1 HD 391 SR1120W SB-BS/ES
11,5 1,65 LD 366 SR1116SW RW318
9,5 3,6 LD SR45 394 SR936SW SB-A4 RW33
9,5 3,6 HD 380 SR936W
9,5 2,7 LD 395 SR927SW SBAP-DP RW313
9,5 2,7 HD SR57 399 SR927W SB-BP/EP
9,5 2,1 LD 371 SR920SW SB-AN RW315
9,5 2,1 HD 370 SR920W SB-BN
9,5 1,65 LD 373 SR916SW SBAJ-DJ RW317
7,9 5,4 LD 309 SR754SW RW38
7,9 5,4 HD 393 SR754W SB-B3
7,9 3,6 LD SR41 384 SR41SW SBA1-D1 RW37
7,9 3,6 HD SR41 392 SR41W SB-B1 RW47
7,9 3,1 LD 329 SR730SW RW300
7,9 2,6 LD 397 SR726SW SB-AL RW311
7,9 2,6 HD 396 SR726W SB-BL
7,9 2,1 LD SR58 362 SR721SW SB-AK/DK RW310
7,9 2,1 HD SR721W 361 SR721W SB-BK/EK
7,9 1,65 LD 315 SR716SW SB-AT RW316
7,9 1,45 LD 341 SR714SW
7,9 1,3 LD 346 SR712SW SB-DH
6,8 2,6 LD SR626 377 SR626SW SB-AW RW329
6,8 2,6 HD 376 SR626W
6,8 2,15 LD SR60 364 SR621SW SBAG-DG RW320
6,8 2,15 HD 363
6,8 1,65 LD 321 SR616SW SBAF/DF RW321
6,8 1,45 LD 339 SR614SW
6,8 1,05 LD 333
5,8 2,7 LD 319 SR527SW SBAE/DE RW328
5,8 2,15 LD 379 SR521SW SBAC-DC RW327
5,8 1,65 LD 317 SR516SW SB-AR RW326
5,8 1,25 LD 335 SR512SW SB-AB
4,8 1,65 LD 337 SR416SW

Марганцево-щелочные элементы

Марганцево-щелочные элементы G13-A и LR44 диаметр,мм высота,мм МЭК-код Renata Varta Seiko Rayovac
16 6,2 V625U
11,6 5,4 LR44 LR1154 V13GA AG13 RW82
11,6 4,2 LR43 LR1142 V12GA AG12 RW84
11,6 3,1 LR54 LR1130 V10GA AG10 RW49
11,6 2,1 LR1120 V8GA RW40
7,9 5,4 LR48 LR754 AG5
7,9 3,6 LR41 392 AG3
6,8 2,6 LR66 LR626 AG4
6,8 2,15 LR60 LR621 AG1

Воздушно-цинковые элементы

диаметр,мм высота,мм МЭК-код Renata Varta Rayovac
11,6 5,4 PR44 ZA675 V675A DA675
7,9 5,4 PR48 ZA13 V13A DA13
7,9 3,6 PR41 ZA312 V312A DA312
5,9 3,6 PR70 ZA10 V10 DA230

Литиевые элементы (3V)

Литиевые элементы

Большинство производителей использует одинаковую схему наименований.

Схема наименования: пример: «CR1216»
CR = Литиевый элементХимический состав Диаметр в целых мм Высота в 1/10 мм
CR Литиевый элемент Ø 12,5 мм Высота 1,6 мм

Дисковые аккумуляторы

Существуют также дисковые аккумуляторы (например, никель-кадмиевые или литиевые). Они имеют ме́ньшую, в сравнении с гальваническими элементами, ёмкость.

Они применяются как альтернатива гальваническим элементам в устройствах, требующих частой смены источника питания (слуховые аппараты, фотовспышки, электрические фонарики), а также для резервного питания часов различных устройств (например, игровой приставки Sega Dreamcast), в наручных часах с подзарядкой от солнечных батарей.

В СССР для питания электронных устройств были распространены дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы.

Названиеаккумулятора диаметрмм высотамм напряжениевольт ЁмкостьА/час Рекомендуемый ток разряда, мА Применение Д-0,03 Д-0,06 Д-0,125 Д-0,26 Д-0,55 7Д-0,125
11,6 5,5 1,2 0,03 3 фотоаппараты,слуховые аппараты
15,6 6,4 1,2 0,06 12 фотоаппараты, фотоэкспонометры,слуховые аппараты
20 6,6 1,2 0,125 12,5 аккумуляторные электрические фонарики
25,2 9,3 1,2 0,26 26 аккумуляторные электрические фонарики,фотовспышки
34,6 9,8 1,2 0,55 55 фотовспышки
8,4 0,125 12,5 замена батареек Крона

Опасности

Из-за своего размера батарейки могут быть легко проглочены детьми. В целях предотвращения этого крышки батарейных отсеков на детских игрушках, использующих такие батарейки, часто оснащают фиксирующими винтами, иногда с нестандартной головкой.

Использованные батарейки подлежат специальной утилизации .

Ссылки

dik.academic.ru