新型微電池的結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)電池，能夠做到高電量和高功率二者兼得。研究人員對(duì)這種電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，在功率和電量之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。科學(xué)家表示新型微電池的高性能要?dú)w功于內(nèi)部的三維微結(jié)構(gòu)。與所有電池一樣，新型微電池?fù)碛袃蓚€(gè)基本組件，即陽(yáng)極和陰極。

新型微電池采用伊利諾斯州大學(xué)教授保羅-布勞恩設(shè)計(jì)的新型快速充電陰極。金和皮庫(kù)爾研發(fā)了與之相對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極以及一種在微尺度下將二者集合在一起的方式，讓最后研制的電池?fù)碛袠O高的性能。對(duì)于需要較高功率的用電設(shè)備，這種電池能夠讓傳感器或者無(wú)線電信號(hào)的有效工作距離達(dá)到此前的30倍，體積縮小30倍。

新型微電池的充電速度是其他電池技術(shù)的1000倍。理論上說(shuō)，一部信用卡厚度的手機(jī)所需充電時(shí)間不到一秒鐘。除了消費(fèi)型電子設(shè)備外，醫(yī)學(xué)設(shè)備、激光器、傳感器以及其他用電設(shè)備都能因?yàn)檫@項(xiàng)電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛躍。金說(shuō)：“一直以來(lái)，所有電氣設(shè)備都受到電池尺寸的限制。想象一下，私人醫(yī)學(xué)設(shè)備和植入物——當(dāng)前使用的電池都是大塊頭——采用微小的電子元件和電線。現(xiàn)在，電池的尺寸也可以變得非常微小。”

目前，研究人員正試圖將新型電池與其他電子元件集合在一起，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。皮庫(kù)爾表示：“我們現(xiàn)在可以跳出盒子思考。這是一種新型技術(shù)，而不是此前技術(shù)的改進(jìn)。它打破了電源的正常模式，允許我們?cè)O(shè)計(jì)全新的設(shè)備。”

很多人都會(huì)因?yàn)槭謾C(jī)電池容量小、充電慢而抱怨，希望能有一種電池能快速充電，又長(zhǎng)時(shí)間使用。不用著急，這個(gè)夢(mèng)想很快就會(huì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)了。科學(xué)家們已經(jīng)研發(fā)出一種超級(jí)微電池，功率超強(qiáng)，充電時(shí)間不足一秒。

一直以來(lái)，手機(jī)電池技術(shù)的發(fā)展便落后于手機(jī)技術(shù)。智能手機(jī)已經(jīng)達(dá)到令人吃驚的先進(jìn)程度，而電池卻相對(duì)比較古老，隨著美國(guó)伊利諾斯州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員研制出一種超級(jí)微電池，這種落后從此成為過(guò)去。這種超級(jí)微電池是一種以石墨烯為基礎(chǔ)的微型超級(jí)電容器，它的功率是鋰電池的1000倍，該電容器不僅外形小巧，而且可以在數(shù)秒內(nèi)為手機(jī)甚至汽車充電。

該校材料科學(xué)與工程專業(yè)的教授理查德卡納說(shuō)：“蓄電器與電路的集成過(guò)程很具挑戰(zhàn)性，經(jīng)常限制整個(gè)系統(tǒng)的小型化。”而他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新電池型號(hào)更小，適合多種電器使用。另外該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了一種生產(chǎn)這種新型電池的簡(jiǎn)易方法。卡納介紹說(shuō)：“只需一臺(tái)普通的DVD光雕刻錄機(jī)，我們就

傳統(tǒng)鋰電池

傳統(tǒng)鋰電池

能在不到30分鐘的時(shí)間內(nèi)，在一張光盤上生產(chǎn)出100多個(gè)石墨烯微型超級(jí)電容器，成本只是傳統(tǒng)設(shè)備的一小部分，而且所用材料都很便宜。”

超級(jí)微電池功率是鋰電池的1000倍，為未來(lái)研制充電時(shí)間不到一秒的智能手機(jī)鋪平了道路。這是一種全新的電池，將改變?nèi)藗儗?duì)電池的認(rèn)知。這種電池的輸出功率超過(guò)任何人的想象。電子元件的尺寸越來(lái)越小，電腦的思考用元件也越來(lái)越小，而電池技術(shù)卻一直被落在后面。微技術(shù)將改變這一切。超級(jí)微電池先進(jìn)程度將與其他元件不相上下。[1]

面臨的問題

對(duì)于需要很大功率的用電設(shè)備，例如遠(yuǎn)距離傳送無(wú)線電信號(hào)，

充電之困

充電之困

電容器雖然能夠快速釋放電量，但只能存儲(chǔ)少量電量；對(duì)于需要很多電量的用電設(shè)備，例如長(zhǎng)時(shí)間播放收音機(jī)，燃料電池和其他電池雖然能夠容納很多電量，但需要很長(zhǎng)時(shí)間充電。

未來(lái)前景

對(duì)于電器用戶而言，如果希望獲得較多的電量，就不能獲得較高的功率；如果希望獲得較高的功率，就很難獲得較多的電量。對(duì)于一些非常有趣的電器，尤其是現(xiàn)代電器，人們希望做到二者兼得。

超級(jí)微電池的結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)垃圾電池，能夠做到高電量和高功率二者兼得。研究人員對(duì)這種電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，在功率和電量之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡。科學(xué)家表示超級(jí)微電池的高性能要?dú)w功于內(nèi)部的三維微結(jié)構(gòu)。與所有電池一樣，超級(jí)微電池?fù)碛袃蓚€(gè)基本組件，即陽(yáng)極和陰極。（正極和負(fù)極）[2]

超級(jí)微電池采用新型快速充電陰極。科研人員研發(fā)了與之相對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極以及一種在微尺度下將二者集合在一起的方式，讓最后研制的電池?fù)碛袠O高的性能。對(duì)于需要較高功率的用電設(shè)備，這種電池能夠讓傳感器或者無(wú)線電信號(hào)的有效工作距離達(dá)到此前的30倍，體積縮小30倍。

研究人員使用的是二維石墨烯層作為電容器的存電單元，在第三維立體層面其厚度僅有單個(gè)原子。同時(shí)，研究小組發(fā)現(xiàn)使用一種標(biāo)準(zhǔn)DVD燒錄技術(shù)能夠很容易制造這種新型電池。制造微型超級(jí)電容的傳統(tǒng)方法涉及到密集型光刻技術(shù)，但被證實(shí)很難制造成本低廉的器件，因此在商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域受限。僅基于適用于大眾的超光速寫DVD燒錄技術(shù)，可以僅用部分傳統(tǒng)裝置成本制造出石墨烯微型超級(jí)電容。使用這種技術(shù)，可以利用廉價(jià)材料僅不足30分鐘在一個(gè)光盤上制造100多個(gè)微型超級(jí)電池。

為了使超級(jí)電池更具有效性，兩個(gè)分離電極的放置方式必須使其表面積最大化。這將使超級(jí)電池能夠存儲(chǔ)更多電能。之前的微型電池是多層石墨烯堆疊在一起作為電極，有點(diǎn)兒像三明治面包片。在最新設(shè)計(jì)的超級(jí)電池中，研究人員使用叉合模型(類似于互相交織的手指)將電極并排放在一起。這將有助于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電極表面積的最大化，盡管這同時(shí)也會(huì)減少電解液中離子需要擴(kuò)散的路徑。

理論上說(shuō)，一部信用卡厚度的手機(jī)所需充電時(shí)間不到一秒鐘。除了消費(fèi)型電子設(shè)備外，醫(yī)學(xué)設(shè)備、激光器、傳感器以及其他用電設(shè)備都能因?yàn)檫@項(xiàng)電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛躍。一直以來(lái)，所有電氣設(shè)備都受到電池尺寸的限制。私人醫(yī)學(xué)設(shè)備和植入物——當(dāng)前使用的電池都是大塊頭——采用微小的電子元件和電線。超級(jí)微電池的尺寸也可以變得非常微小。

研究人員正試圖將新型電池與其他電子元件集合在一起，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。這是一種新型技術(shù)，而不是此前技術(shù)的改進(jìn)。由于打破了電源的正常模式，科研人員將設(shè)計(jì)出全新的設(shè)備。