Mikrobaterie: alternatywa dla baterii guzikowych i superkondensatorów

Cymbet Corporation jest interesującym start-up’em, zajmującym się rozwiązaniami opartymi na półprzewodnikowych technologiach magazynowania energii, zasilania awaryjnego, energii wbudowanej oraz energy harvesting. Ich wiodącym produktem jest cienkowarstwowa bateria magazynująca energię o dużej gęstości, charakteryzująca się długim czasem życia i wyjątkowo małymi rozmiarami. W całości składa się z materiałów w stałym stanie skupienia. Wszystko to przystosowane do produkcji masowej i wykorzystania w przemyśle elektronicznym. Technologia baterii cienkowarstwowej, zastosowana w EnerChip od Cymbet opiera się na koncepcji powstałej w Narodowym Laboratorium w Oak Ridge. Cymbet uzyskał licencję na jej wykorzystywanie oraz znacząco ulepszył tę technologię, mając na celu dostarczenie rynkowi nowych źródeł energii, spełniając wciąż ewoluujące potrzeby energetyczne w przemyśle elektronicznym, również te na poziomie nanotechnologii. Nowego typu baterie mają szansę znaleźć zastosowanie jako źródło energii dla elektronicznych układów zintegrowanych, będących składowymi urządzeń medycznych, sensorów, znaczników RFID (Radio-Frequency IDentification), systemów kontroli przemysłowej, urządzeń przenośnych i komunikacyjnych. Mikrobaterie Enerchip wytwarzane są na płatach krzemowych z wykorzystaniem zjawiska półprzewodnictwa, które jest rdzeniem niskotemperaturowego procesu produkcyjnego PowerFab. W opracowanym przez siebie procesie Cymbet zawarł wiele własnych patentów, autorskie know-how oraz nadał tym sposobem unikalne cechy swoim produktom. Właściwości mikrobaterii EnerChip, stworzonej w procesie PowerFab, znacząco odróżniają ją od konwencjonalnych baterii. Pojedyncza komórka mikrobaterii Enerchip składa się z czterech warstw: krzemowego podłoża, osadzonego na nim kolektora prądu, nad którym znajduje się katoda, na niej ceramiczny elektrolit, opracowany w Oak Ridge – LiPON, a nad nim anoda. Rysunek: Kolejne etapy procesu produkcyjnego baterii oraz układu Enerchip RTC. © Cymbet W procesie produkcyjnym matryca Enerchip jest dzielona na mniejsze części (kości) i w formie takich mniejszych, nieosłoniętych matryc, jest gotowa do użytku przez klientów w zastosowaniach typu embedded energy lub jest umieszczana w półprzewodnikowych pakietach w obudowach typu SMT. Urządzenia w tej postaci mogą być lutowane zarówno za pomocą standardowej technologii SMT, jednak stały stan skupienia poszczególnych komponentów baterii umożliwia również lutowanie rozpływowe. Jej struktura daje także możliwość bezpiecznego transportu w dowolnych ilościach drogą lotniczą. Mikrobaterie Enerchip dostępne w postaci nieosłoniętych matryc maja powierzchnię 1.37mm x 0.85mm oraz grubość 175 mikronów. Bardziej złożony produkt - Enerchip RTC - łączy w sobie baterię, zintegrowany układ zarządzający zasilaniem oraz zegar czasu rzeczywistego ultraniskich mocy, wszystkie te elementy mieści w obudowie SMT 5mm x 5mm, przystosowanej również do lutowania rozpływowego. Według zapewnień producenta, liczba cykli ładowania i rozładowania wynosi kilka tysięcy. Baterie Enerchip spełniają wszelkie konieczne standardy bezpieczeństwa oraz certyfikaty takie jak RoHs, REACH, kwalifikacja UN bezpiecznego przewozu lotniczego czy unieszkodliwiania WEEE. Testy medyczne in vivo (wewnątrzustrojowe) oraz in vitro (pozaustrojowe) nieosłoniętych baterii Enerchip, wykazały, że nie są one cytotoksyczne, a zatem świetnie nadają się do zastosowań medycznych. Baterie Cymbet Enerchip zostały wysterylizowane za pomocą promieni gamma i poddane serii procedur kontrolnych, na podstawie których stwierdzono, że nie spowodowały one śmierci żadnej z komórek. Ten brak negatywnej odpowiedzi biologicznej, szczególnie w próbach wykonanych na wrażliwych, pozaustrojowych hodowlach komórek, daje podstawy (choć nie jest gwarancją) do wstępnego uznania urządzeń za biokompatybline i oczekiwane jest uzyskanie podobnych rezultatów również w innych testach in vitro i in vivo, zgodnie z dyrektywami ISO 10993-1 oraz FDA G95-1.