cookieOptions = {...}; .鋰離子電池可以當硬碟用 這是什麼高科技? - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

智慧生活設計事務所


2016年12月19日 星期一









來源: 新能源Leader

凭栏眺

如果說到鋰離子電池與電腦有什麼關係,那麼小編最先想到的是,鋰離子為電腦提供電能,如果我說現在鋰離子電池,可以被用作電腦高精密電路中的一個重要的電子零組件,你會感到吃驚嗎?

是的,小編剛開始拿到這篇文章的時候,也是不敢相信自己的眼睛。鋰離子電池作為一個,看上去缺少技術含量的儲能設備,居然可以用在電腦的高精密度電路之中,著實讓人摸不著頭腦。小編心裡只有一句話相對鋰離子電池說:你咋不上天呢?


近年來,隨著電腦技術的快速發展,特別是人工神經網路技術的發展,對大規模資訊儲存的需求,越來越強烈。

但是傳統的儲存元器件,例如SRAM和DRAM在儲存的過程中,採用的為串行操作的邏輯架構,因此不僅導致儲存的效率低,還大大增加了資訊儲存過程中的能耗。

為了克服傳統儲存器的缺點,我們可敬的工程師們開發出了交叉儲存器,該儲存器顯著的特點,就是採用了並行操作的邏輯架構,提高了儲存器的工作效率,降低了資訊儲存的能耗。

最近有報道顯示,基於絲狀金屬氧化物憶阻器的,交叉陣列結構的神經網路原型機,已經能夠經過訓練,進行簡單的圖形辨識和文件分類。

但是這些儲存器目前還存在諸多的局限性,影響了這些儲存元器件的正確性和能耗效率等,首當其衝的就是嚴重的寫入噪音,寫入非線性和過高的開關電壓和電流。

為了克服目前的交叉儲存器的局限性,美國Sandia國家實驗室的Elliot J.Fuller研發了一款基於鋰離子電池結構的晶體管(LISTA),LISTA是一種全固態非揮發性的氧化還原的電阻開關晶體管,其作用機理是利用在加在LISTA兩端的電壓,驅動鋰離子在正負極之間嵌入和脫出,從而達到控制晶體管開關的目的。

相比於其他類型的儲存器,LISTA的固體電解質,與導電通道之間的能量壁壘很低,Li+在LiCoO2中的擴散的活化能,只有0.25eV左右,Li+在LiCoO2中擴散,小電流狀態下,過電勢最低只有5mV,在大電流下也只有100mV,因此僅需要很小的電壓,就可以控制其的開關狀態。

更為重要的是,在LISTA工作過程中,不會像其他的儲存器一樣發生很大的相變,鋰離子在LiCoO2中擴散,僅會輕微的改變其晶體結構。

因此相比於其他類型的儲存器,LISTA具有低寫入噪聲,線性操作和低操作電壓和電流等優點,可以極大的降低儲存器功耗,非常適合應用在人工神經網路之中。


LISTA的結構如上圖所示,在SiO2的基板上覆蓋了一層Pt和漏電極,並與一層120nm厚的LiCoO2導電通路相連,中間是一層400nm厚的LPON固體電解質,另一側的覆蓋了一層20nm厚的Si柵電極,其工作原理是通過在柵電極上施加電壓,驅動Li+從導電通路經過固體電解質向柵電極遷移,從而控制導電通路中Li+的濃度,在Li+遷移出LiCoO2的過程中,LiCoO2完成了從絕緣體到金屬導體的轉變,達到控制導電通路導電性的目的。

選用LiCoO2的主要原因,是其在固體電解質中穩定性好,並且具有良好的循環性能。LISTA的開關狀態可以保持數周,甚至是數月,雖然最終會由於自放電導致開關關閉,但是可以通過增加擴散勢壘的方式,得到很好的控制。

實際上,目前的技術,已經可以將LISTA的自放電率控制在<3%/年的水準,而神經網路一般也不會要求,儲存時間達到10年,一般在儲存網路中的資訊,每星期都會被重寫,所以目前LISTA的性能,已經能夠滿足現有的要求。

讀寫測試表明,在10%的容量下,LISTA的使用週期可達100000次,基本滿足人工神經網路的需求,並且通過提高正極的晶體度和降低厚度,可以進一步的提升LISTA的循環性能,而且在目前的儲存元器件中,LISTA具有最高的信噪比,非常適合應用在人工神經網路之中。


Elliot J. Fuller的工作為人工神經網路所需求的低功耗、低噪音和高線性儲存器的研發,開創出了一條的新的思路,利用了Li+在LiCoO2中擴撒壁壘低,活化能低的優勢,開發出了具有極低功耗的高性能儲存器LISTA,極大的提高了大規模資訊儲存的能耗效率,有助於人工神經網路的發展,也是鋰離子電池為人類科技發展所作出的又一大貢獻。

                                                                                                                                                                                                                            


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