電池可能看起來(lái)像他們來(lái)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(guó)的研究人員已經(jīng)使用非傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)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(jí)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(shuō)：“對(duì)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(chǎng)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(lái)制造符合小型互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備要求的電解液?！?/p>

　　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(yáng)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(wú)數(shù)的方法來(lái)制作三維陽(yáng)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(kāi)）。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(yáng)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(jiǎn)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(yáng)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(méi)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(guò)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(yáng)極的精確隔開(kāi)的圓柱體的柵格?！斑@是電池世界根本無(wú)法做到的事情，”鄧恩說(shuō)。

　　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(yáng)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(shuō)，這種特殊的3D電池還沒(méi)有達(dá)到其全部潛力，因?yàn)樗Ｍ退膱F(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)進(jìn)一步調(diào)整電池組件和裝配來(lái)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?！澳阈枰芊馑鼈儯３炙鼈冃?，并確保它們?cè)谡鎸?shí)世界中的功能與手套箱中一樣好。”