Разработка ученых из Цюриха поможет создать компьютеры на жидком топливе

Разработка ученых из Цюриха поможет создать компьютеры на жидком топливе

Источником электроэнергии для вычислительной техники станет выполняющая функцию охладителя проточная окислительно-восстановительная батарея.

German_Scientists_Developed_Battery_Liquid_Fuel_Future_Computers_MicroelectronicsВ сегменте микроэлектроники намечается серьезный технологический прорыв, который впоследствии может привести к улучшениям и в сфере альтернативной энергетики. Речь идет о разработке немецких инженеров, представляющих два научно-исследовательских коллектива из лабораторий IBM Research Zurich и ETH из того же города Германии, сумевших создать миниатюрный проточный охладитель для компьютерных чипов, одновременно являющийся электрохимической аккумуляторной батареей. Основная идея новинки состоит в построении предельно компактного по толщине и функционального аккумуляторного элемента, использующего в качестве источника энергии так называемое жидкое топливо — две электролитические жидкости, при соединении запускающие электрохимическую реакцию. Ее результатом становится образование электрического тока, способного обеспечить потребности небольшого вычислительного устройства — отдельного микрочипа или основанной на нем интегральной схемы. За счет применения электролитических жидкостей удается достичь еще одного серьезного преимущества — возможности охлаждать нагревающийся под воздействием тока кремниевый чип с помощью «курсирующей» внутри микропроцессора жидкости.

По задумке немецких инженеров, разработанная ими батарея на жидком топливе для компьютеров будущего может интегрироваться непосредственно в «тело» кремниевой структуры, образуя одно из множества слоев внутри процессорного микрочипа. Принцип «многоэтажного», то есть многослойного построения чипов применяется в процессорной промышленности достаточно давно, чем достигается существенное повышение плотности изделий с одновременным улучшением вычислительных характеристик и снижением конечной стоимости выращивания кремниевых подложек. Интеграция в один из многочисленных слоев такой структуры проточной батареи позволит решить две важнейшие задачи — обеспечить необходимое устройству энергообеспечение с помощью автономного источника питания на основе электролита, выполняющего при этом функцию «карманной» системы охлаждения. В такой ситуации необходимость организации теплоотвода в мобильных устройствах, базирующихся на принципиально новом механизме энергообеспечения, практически полностью отпадает, позволяя разрабатывать значительно превосходящие по техническим параметрам предлагаемые сегодня на потребительском рынке гаджеты. При этом замена твердотельных литий-ионных батарей на жидкое топливо в виде проточного аккумулятора существенно повысит автономность подобных устройств, устраняя и проблемы пожарной безопасности.

По словам руководителя исследовательской группы профессора термодинамики ETH Zurich Димоса Пуликакоса, созданные по новой технологии многослойные чипы «смогут эффективно работать на жидком топливе и производить собственное электричество» за счет применения замкнутого контура электролита. Последние является заменяемым элементом, то есть после выработки нужного объема электроэнергии электролит попросту заменяется на заряженный, превращая процесс подзарядки мобильного устройства в требующую считанные секунды замену специальных емкостей. Помимо электронно-вычислительной техники разработка специалистов из Германии может применяться и в энергетической сфере, нацеленной на выработку энергии из альтернативных источников. Интеграция проточного окислительно-восстановительного аккумулятора в фотоэлектрические элементы солнечных панелей обеспечит необходимое в условиях интенсивной эксплуатации таких батарей под палящими лучами солнца охлаждение, предотвращающее быструю деградацию кремния. Но главным преимуществом станет использование обратного процесса электрогогенерации — кроме выработки электричества в ходе химической реакции между двумя жидкостями электролита последние могут накапливать энергию, преобразуя вырабатываемый фотоэлементами электрический ток в жидкое топливо.

Именно таким, по мнению немецких исследователей, и станет будущее современной микроэлектроники, после проведения дополнительных экспериментов и доведения созданной технологии до совершенства способной выпускать по-настоящему универсальные и максимально автономные гаджеты, не требующие организации дополнительного охлаждения и использования громоздких и взрывоопасных Li-Ion аккумуляторов. Это уменьшит размеры мобильных устройств при достижении оптимальных параметров автономности, параллельно обеспечивая потребителям легкость и быстроту замены электролитической жидкости. В перспективе на аналогичные энергетические системы планируется перевести и автомобильную индустрию, сегодня продолжающую активно продвигать создание электромобилей на базе литий-ионных батарей. Огромный вес, габариты и стоимости таких аккумуляторных блоков становится серьезным препятствием для развития сегмента электрокаров — высокая стоимость электрических транспортных средств и необходимость подзаряжать севшие аккумуляторы на протяжении 8-12 часов снижает привлекательность экологически чистого транспорта в глазах привыкшего к комфорту потребителя. Замена твердотельных батарей на жидкое электролитическое топливо уже стала основой для разработки перспективного спорткара на электротяге под названием Quant 48Volt, созданного инженерами из молодого стартапа NanoFlowcell из Лихтенштейна.

760-сильный спортивный автомобиль с четырьмя электродвигателями способен разгоняться до скорости 100 км/ч за 2,4 секунды, а дальность хода электромобиля 48Volt из-за использования электролита достигла фантастических 1000 километров. По мнению экспертов, такие авто станут следующим этапом развития экологически чистого автотранспорта, использующего разновидность жидкого автомобильного топлива в виде заряженного электролита. Заряжать электролитическую жидкость позволят строящиеся в Европе, Соединенных Штатах Америки и Азии солнечные и ветряные электростанции, сегодня требующие наличия огромных и очень дорогих в создании и эксплуатации промышленных литий-ионных накопителей электроэнергии для хранения «излишек» вырабатываемого электричества. Однако первым направлением для применения разработки немцев — миниатюрного проточного аккумулятора-охладителя для процессорных чипов толщиной всего 1,5 миллиметра, станет именно носимая микроэлектроника, сильно заинтересованная в появлении обеспечивающих непрерывное улучшение рабочих параметров новейших технологий.

Николай Викторов
comments powered by HyperComments