科学家探索微型电池设计：可存储4倍能量

导读：电池研究前沿之一就是利用结构部件来存储能量。目前这种创意已经作为一种减轻重量的方式，开始装备在电动汽车和士兵装备上。

电池研究前沿之一就是利用结构部件来存储能量。目前这种创意已经作为一种减轻重量的方式，开始装备在电动汽车和士兵装备上。现在，科学家将这个概念应用于微型电池上，其重量轻到可以让昆虫携带，而能量密度是传统电池的 4 倍。

这项研究由宾夕法尼亚大学的工程师进行的，他们正在研究新的电池设计，这些电池足够紧凑和耐用，可以为越来越小的可穿戴设备和电子设备供电。为了保持这些类型的设备运行，电池需要受到保护，以免受到撞击、水和氧气的损害，但这涉及到增加其重量和尺寸的外壳，同时对其电化学性能毫无帮助。

为了克服这一限制，科学家们重新设想了微型电池的典型设计方式。这些设备通常具有超薄的电极，允许电子和离子的快速传输，但这种超薄的外形限制了它们可以包含的化学品数量，因此也限制了它们可以储存的能量。

在电池的阴极，通常由粉状的颗粒组成，这些颗粒被压缩在一起，形成一个带有空气间隙的多孔结构，这影响了离子在电池中的移动速度。科学家们通过开发一种密度大得多的阴极材料来克服这个问题，这种材料可以直接"电镀"到薄金属箔上，而金属箔也可以作为外壳。

研究负责人詹姆斯-皮库尔（James Pikul）说：“我们基本上制造了执行双重任务的电流收集器。"它们既作为电子导体，又作为防止水和氧气进入电池的包装”。

据研究人员说，这种微型电池的设计也使阴极的"原子高速公路"保持一致，这使得锂离子能够快速直接通过阴极并进入设备。因为离子可以更有效地通过阴极，所以它可以做得更厚而不影响这一关键属性，这反过来又使它可以包含的储能化学物质的数量增加了一倍。

最终，这使得微型电池的能量密度是目前最先进设计的四倍。这种微型电池的重量与两粒米相同，但其能量和功率密度是其体积的 100 倍，研究人员认为它可以在许多领域发挥作用。这些领域包括微型飞行机器人、可穿戴设备、提供更长寿命的医疗植入物，或构成物联网的无数无线设备。

科学家们正在继续研究他们的新型电池的化学和物理构成，并努力提高其性能。

该研究发表在《Advanced Materials》杂志上。