Microbaterias vão parar no interior dos chips

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/06/2016

Não adianta procurar pela bateria - você não conseguirá vê-la. [Imagem: Kestutis Grigoras et al. - 10.1016/j.nanoen.2016.04.029]

Aparelhos sem baterias

Pesquisadores finlandeses criaram uma tecnologia que permite inserir microbaterias recarregáveis dentro dos chips, virtualmente sem ocupar espaço.

Além de tornar possível um novo nível de miniaturização, esta parece ser a solução ideal para a Internet das Coisas e para as redes de sensores autônomos - em ambos os casos, o projeto ideal contempla dispositivos minúsculos que nunca dependam da troca de baterias.

Para que pequenos aparelhos e sensores funcionem ininterruptamente, mesmo em locais remotos, a abordagem preferida é a da colheita de energia, em que o dispositivo funciona gerando sua própria energia, a partir das vibrações do ambiente, do calor ou da luz, geralmente através de nanogeradores.

Mesmo assim tem sido necessário manter uma pequena bateria recarregável junto ao aparelho, já que a energia gerada instantaneamente pode não ser suficiente, ou a fonte de energia pode não estar disponível no momento em que o aparelho precisar funcionar.

Supercapacitor

Kestutis Grigoras, do Centro de Pesquisas Técnicas VTT, desenvolveu uma técnica que permite fabricar baterias minúsculas no interior dos chips ou da placa de circuito impresso, sem atrapalhar a inserção dos demais componentes.

Tecnicamente não é exatamente uma bateria, mas um supercapacitor - enquanto as baterias comuns usam reações químicas para armazenar energia, os supercapacitores armazenam principalmente energia eletrostática, que fica guardada na interface entre eletrodos sólidos e líquidos. Assim, a energia armazenada e a densidade de potência de um supercapacitor dependem da área superficial dos seus eletrodos e da condutividade destes.

Grigoras desenvolveu um nanomaterial que consiste em silício poroso recoberto com uma camada de nitreto de titânio com poucos nanômetros de espessura. O resultado é um eletrodo com uma superfície condutora recorde, em um pequeno volume.

Estrutura do "micro-supercapacitor", inserido dentro de uma pastilha de silício. [Imagem: Kestutis Grigoras et al. - 10.1016/j.nanoen.2016.04.029]

Bateria embutida na placa

A inclusão de um líquido iônico entre um microcanal formado entre dois eletrodos construídos com o novo nanomaterial resultou em um "micro-supercapacitor" minúsculo e muito eficiente - pela primeira vez, um supercapacitor à base de silício superou seus equivalentes à base de carbono e grafeno.

O protótipo é capaz de armazenar 0,2 joule de energia e gerar impressionantes 2 watts em apenas um centímetro quadrado de chip - sem ocupar a superfície do chip, que fica totalmente disponível para os circuitos integrados e sensores.

Bibliografia:

Conformal titanium nitride in a porous silicon matrix: A nanomaterial for in-chip supercapacitors
Kestutis Grigoras, Jari Keskinen, Leif Grönberg, Elina Yli-Rantala, Sampo Laakso, Hannu Välimäki, Pertti Kauranen, Jouni Ahopelto, Mika Prunnila
Nano Energy
Vol.: 26, Pages 340-345
DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.04.029