IBM предложила жидкое топливо для питания и охлаждения микросхем

Топливные элементы на метаноле или водороде достаточно давно используются для питания мощных автономных систем и даже попытались проникнуть в компьютеры и бытовую технику. Но чего до сих пор не было, так это предложения использовать жидкое топливо — электролит — для охлаждения микросхем. Подобный охлаждающий и одновременно питающий микросхему элемент создали в исследовательском центре IBM на базе Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Утверждается, что для проточных батарей разработка обладает рекордным показателем выработки электроэнергии на уровне 1,4 Вт на квадратный сантиметр.



В будущем чипы могут стать «многоэтажными», включая навесной монтаж системы микроохлаждения (IBM Research Zurich)

Прототип батареи и охладителя представляет собой многослойную структуру толщиной всего 1,5 мм. С внешних сторон — это два массива полимерных клиновидных микроканалов, задача которых заключается в том, чтобы электролит под давлением потока продавило на другой уровень через электроды (анод и катод) и пористую мембрану, разделяющую электроды. На каждый уровень подаётся электролит со своим химическим составом. Проникая на другой уровень, электролиты смешиваются, запуская окислительно-восстановительную реакцию с выработкой электроэнергии. Система подачи жидкостей (электролита) замкнутая. На работу помпы уходит примерно 400 мВт, оставляя 1 Вт энергии для питания чипа.



Структура и принцип работы проточной батареи IBM (Marschewski et al. Energy and Environmental Science 2017)

Кроме выработки электроэнергии, как уже сказано выше, поток электролита отводит тепло от поверхности микросхемы, с которой соприкасается проточная батарейка. Отметим, химическая реакция также производит тепло, но его уровень существенно меньше, чтобы не мешать охлаждению чипа. В перспективе, уверены разработчики, проточные батареи помогут значительно уменьшить габариты мобильных устройств за счёт отказа от сравнительно больших (и потенциально опасных) литиево-ионных аккумуляторов. Также ускорится «зарядка» гаджетов с питанием от проточных батарей, ведь для этого надо будет всего-навсего заменить резервуар с выработанным электролитом.



Микрофотография полимерных каналов (Marschewski et al. Energy and Environmental Science 2017)

Интересным применением метода питания с охлаждением разработчики видят в солнечной энергетике. Проточные батареи с функцией отвода тепла могут не только повысить строк эксплуатации кремниевых фотоэлементов (за счёт снижения рабочей температуры), но также смогут запасать энергию в проточном электролите — заряжаться.