．鋰離子電池可以當硬碟用 這是什麼高科技？

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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