賴斯大學發明的這種納米結構的鋰離子電池與現在通用的鋰離子電池相比，充電更迅速、電力也更充足。右側的透射電鏡圖顯示，納米線被一種PMMA的多聚體包裹著。

（：賴斯大學Ajayan實驗室）

美國賴斯大學的科學家最近在微電池制造方面邁出了重要的一步，他們研發出一種結實的立體微電池，這種電池比普通的鋰離子電池充電時間更短，其他性能也更為出色。這項成果可能為遙感、顯示屏、智能卡、柔性電子器件以及生物醫學設備等領域帶來革命性的突破。

這種電池里有著垂直排列的鎳錫納米線，這些納米線外面均勻地包裹著一種叫做PMMA的多聚體材料，也就是我們俗稱的有機玻璃。PMMA外衣能夠讓超薄電解質層穩定地環繞在納米結構材料周圍，從而使這項存在已久的難題終于得到了解決。

賴斯大學的PulickelAjayan及其實驗室成員花了一年多的時間，找到了一種可靠的方法，能夠將單根納米線裹上一層平滑的PMMA基膠質電解質。PMMA的重要用途是絕緣，當電流通過時，它能保護里面的納米線不受反電極的影響。研究者的這項工作在線發表在本周出版的《納米快報》（NanoLetters）雜志上。

在普通的電池里，通常會有一個很厚的隔離物將兩個電極隔開。該校機械工程與材料化學教授Ajayan說，假如能將電池里的東西挨得盡可能近，就可以大大提高電化學效率。但這一直是個很大的挑戰。

Ajayan和他的同事認為，解決這個問題的敲門磚，應該是開發涂層納米線。應用這種技術開發出來的具有伸縮性的微型器件，將會比普通的薄膜電池具有更大的表面積。不過說句公道話，你不能用厚度來評判薄膜電池的好壞，因為這關系到鋰離子動力學的速度快慢。Ajavan說。

我們想弄清怎么樣把用3D技術設計出來的電池落實到納米級別的實物上。Ajayan實驗室的研究生SankethGowda說，通過提高納米線的高度，我們可以在不改變鋰離子擴散距離的同時，提高電池的儲能量。

說實話，這種電池的3D概念設計早就出來了。研究的帶頭人之一AravaLeelaMohanaReddy表示，但是技術難點在于實際操作中，人們究竟能否給一段較長的納米線裹上一層完美的PMMA外衣。即使一個很小的失誤也會導致全盤失敗。

這項實驗重要基于去年該實驗室發表在《納米快報》上的一項研究，當時研究小組研發出了一種共軸的納米線電纜。

而在這項新的研究中，研究者使用電極沉積的方法，在一塊陽極氧化鋁模具的孔中造出了一條10微米長的納米線。然后他們使用簡單的化學蝕刻技術將模具上的孔擴大，并注入PMMA材料，將孔中的整條納米線均勻地包裹起來。最后研究者用化學方法將成品從模具上洗了下來。

研究小組用這種納米線造出了面積為1平方厘米的微電池，這種電池比相同電極距離的平板電池儲能更多、充電更快。電池是立體的，因此在同樣的距離下能夠傳輸更多的能量。Gowda說。

研究小組還發現，有了PMMA外衣，電池的可充電次數也會增多，因為它能夠使納米線和液體電解質之間的隔離環境更加穩定。

最后，研究人員還驗證了電池中另一個常見的問題。比如硅電極，它會隨著鋰離子的來回流動出現膨脹和收縮的現象，長時間體積的變化會損壞電極。那么這種循環效應對納米線新電池的影響又如何呢？

電子顯微圖像顯示，納米線在經過了多次的充放電循環后，PMMA薄膜并沒有出現破損的情況，甚至連一個小針眼都沒有。研究人員認為包膜技術能夠抵抗住電極體積的擴大，從而延長了電池的壽命。