3D电池可将电源占用的空间很小

电池似乎以您可以想象的各种形状和尺寸出现。但是，随着电子设备变得越来越纤细，同时又不降低其功率和能量需求，他们向工程师提出了挑战，要求他们设计出能够装入越来越小的空间而又不影响性能的电池。的研究人员已使用非传统技术来设计一种可能的解决方案-一款功能强大的3D锂离子电池，其占地面积约为一百粒盐。他们的工作于5月3日发表在《焦耳》杂志上。

洛杉矶大学材料科学与工程学教授布鲁斯·邓恩(Bruce Dunn)说：“对于小型传感器，您需要重新设计电池，使其像纽约的摩天大楼，而不是加利福尼亚的牧场。”安吉利斯(UCLA)。“这就是3D电池的工作方式，我们可以使用半导体工艺和保形电解液制造出一种与小型联网设备兼容的电池。”

即使是最具创新性的二维电池，其可采用的形状也受到限制-基本电池需要一片阳极和一片阴极，并在两者之间填充离子导电电解质以完成电路。另一方面，原则上有无数种方法可以制作像拼图块一样咬在一起的3D阳极和3D阴极(仍然必须由少量电解质隔开)。邓恩小组选择的设置称为“同心管”设计，其中均匀间隔排列的阳极柱阵列被可光图案化的聚合物电解质薄层均匀覆盖，并且柱之间的区域充满了阴极材料。

尽管表面上看起来很简单，但许多研究人员只能制造一半的3D电池，其阳极和阴极可以自己稳定，但是在尝试将这些电极组装到一个功能电池中时却失败了。同时，几乎所有已组装的3D电池都没有比普通的二维版本明显更好。Dunn和博士后学者Janet Hur和Leland Smith克服了这些障碍，采用了通常用于制造半导体的方法，并对它们进行了修改，以将硅刻入所需的阳极的精确间隔圆柱体网格中，从而克服了这些障碍。邓恩说：“这是电池世界无法做到的。”

为了完成电池，他们将薄薄的电解质层施加到硅结构上，并倒入标准的锂离子阴极材料中，并使用阳极作为模具，以确保两半恰好正确地结合在一起。最终的电池实现了每平方厘米5.2毫瓦时的能量密度，是3D电池中报告的最高能量密度，而其占地面积仅为0.09平方厘米，可承受100次充电和放电循环。

Dunn警告说，这种特殊的3D电池尚未充分发挥其潜力，因为他希望他和他的团队可以通过进一步调整电池组件和组装来提高其能量密度。他补充说：“电池的另一个挑战始终是包装。” “您需要将它们密封起来，保持它们的体积小，并确保它们在现实世界中的功能与在手套箱中一样好。”