電池可能看起來像他們來自你可以想象的各種形狀和大小。但隨著電子設(shè)備變得更小巧，不減少功耗和能量需求，他們要求工程師設(shè)計(jì)出適合更小和更小空間的電池，而不會(huì)影響性能。美國的研究人員已經(jīng)使用非傳統(tǒng)技術(shù)來形成一種可能的解決方案-一種功能強(qiáng)大的三維鋰離子電池，其占地面積約為一百粒鹽。他們的工作5月3日刊登在Joule雜志上。

　　高級作者，洛杉磯加州大學(xué)材料科學(xué)與工程教授布魯斯鄧恩說：“對于小型傳感器，您需要重新設(shè)計(jì)電池，使其像紐約的摩天大樓而不是加利福尼亞州的牧場房子。洛杉磯（UCLA）。“3D電池就是這樣做的，我們可以使用半導(dǎo)體處理和保形電解液來制造符合小型互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備要求的電解液。”

　　即使是最具創(chuàng)新性的二維電池的形狀也是有限的-基本電池需要一片陽極和一片陰極，并在兩者之間包裝離子導(dǎo)電電解質(zhì)以完成電路。另一方面，原則上有無數(shù)的方法來制作三維陽極和三維陰極，像拼圖一樣拼合在一起（仍然必須由少量電解質(zhì)分開）。Dunn小組選擇的裝置稱為“同心管”設(shè)計(jì)，其中均勻間隔排列的陽極柱陣列均勻地覆蓋一薄層可光圖案化的聚合物電解質(zhì)，并且柱之間的區(qū)域填充有陰極材料。

　　盡管這種簡單明了，但許多研究人員只能制造一半的3D電池，創(chuàng)造出穩(wěn)定的陽極和陰極，但試圖將這些電極組裝成一個(gè)功能電池時(shí)失敗了。同時(shí)，幾乎所有組裝的3D電池都沒有明顯好于普通的二維版本。Dunn和博士后研究人員JanetHur和LelandSmith通過采用通常用于制造半導(dǎo)體的方法克服了這些障礙，并修改了這些方法以將硅雕刻成他們想要用于陽極的精確隔開的圓柱體的柵格。“這是電池世界根本無法做到的事情，”鄧恩說。

　　為了完成電池，他們將薄層電解質(zhì)涂在硅結(jié)構(gòu)上，然后倒入標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子陰極材料中，使用陽極作為模具，以確保兩個(gè)半部分恰好配合在一起。由此產(chǎn)生的電池實(shí)現(xiàn)了每平方厘米5.2毫瓦小時(shí)的能量密度，這是三維電池報(bào)道的最高能量密度，占地面積僅為0.09平方厘米，經(jīng)受100次充電和放電循環(huán)。

　　鄧恩警告說，這種特殊的3D電池還沒有達(dá)到其全部潛力，因?yàn)樗Ｍ退膱F(tuán)隊(duì)能夠通過進(jìn)一步調(diào)整電池組件和裝配來提高其能量密度。“電池的另一個(gè)挑戰(zhàn)始終是包裝，”他補(bǔ)充道。“你需要密封它們，保持它們小，并確保它們在真實(shí)世界中的功能與手套箱中一樣好。”