康奈尔大学的一个小组制造了一种新型纳米电池,可以在几秒钟内为你的电子设备充电。该小组重新设计了一种标准电池。他们没有在非导电分离器的两侧设置阳极和阴极,而是将组件缠绕在一个自组装的3D陀螺仪结构中。这就产生了数千个纳米级的孔隙,其中充满了能量储存和传输所必需的元素。
“这确实是革命性的电池架构。”该校工程学教授乌尔里希·威斯纳说。“这种三维架构基本上消除了设备中死容积的所有损失。更重要的是,将这些相互渗透的结构域的尺寸缩小到纳米级,就像我们所做的那样,可以给你更高数量级的功率密度。换句话说,与传统电池架构相比,你可以在更短的时间内获得能量。”
电池已经缩小到纳米级别,所以“当你把电缆插入插座时,几秒钟,甚至更快,电池就会充满电。”在构成阳极的碳膜上有成千上万个40纳米宽的孔。
这些碳薄膜被涂上一层10纳米厚的隔膜,这是一种绝缘体,但也是离子导电的。这就产生了无针孔层。这一点至关重要,因为隔膜上的漏洞等缺陷可能导致手机和笔记本电脑起火。
阴极由硫制成,它不能完全填充剩余的孔隙。硫能接受电子,但不导电。最后一步是用导电聚合物回填小孔。这有很多挑战,不容易完成。
在电池放电和充电过程中存在体积变化,聚合物电荷收集器由于不面临与硫相同的体积膨胀而逐渐退化。“当硫膨胀时,”威斯纳说,“y这些小块的聚合物被撕开,当它再次收缩时,它们就不会重新连接在一起。这意味着你无法访问3d电池的某些部分。”
该团队目前正致力于完善设计。