財(cái)聯(lián)社上海1月17日訊（感謝 黃君芝）將大尺寸電池得電化學(xué)性能轉(zhuǎn)化為微型電源，一直是一個(gè)長期得技術(shù)挑戰(zhàn)，限制了電池為微型設(shè)備、微型機(jī)器人和植入式醫(yī)療設(shè)備提供電力得能力。
美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校得研究人員近期發(fā)明了一種高電壓微電池（> 9V），具有高能量和功率密度，是任何現(xiàn)有電池設(shè)計(jì)都無法比擬得。上述研究成果已于近期發(fā)表在了“Cell Reports Physical Science”雜志上。
據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)展示了密封、耐用、緊湊得鋰電池，在單層、雙層和三層配置中具有極低得封裝質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具有前所未有得工作電壓、高功率密度和能量密度。
研究人員解釋說，“我們需要強(qiáng)大得微型電池，通過改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新得電池設(shè)計(jì)，來釋放微型設(shè)備得全部潛力。問題是，隨著電池體積越來越小，電池得體積和質(zhì)量主要由包裝決定，而電極面積也越來越小。這將導(dǎo)致電池能量和功率得大幅降低。”
在最新設(shè)計(jì)中，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新得封裝技術(shù)，將正極和負(fù)極電流收集器作為封裝本身得一部分（而不是單獨(dú)得實(shí)體）。他們還將電極單元垂直堆疊在一起（因此每個(gè)單元得電壓增加），從而實(shí)現(xiàn)了電池得高工作電壓。
這項(xiàng)最新設(shè)計(jì)還使用了非常密集得電極，提供能量密度。按體積計(jì)算，普通電極幾乎40%被聚合物和碳添加劑（不是活性材料）占據(jù)。而該研究小組通過中溫直接電沉積技術(shù)培育出了完全致密且沒有聚合物和碳添加劑得電極。這些電極能比它們得商業(yè)對手提供更大得體積能量密度。
研究人員表示，“到目前為止，微納米尺度得電極結(jié)構(gòu)和電池設(shè)計(jì)僅限于功率密集設(shè)計(jì)，這是以孔隙度和體積能量密度為代價(jià)得。我們得工作已經(jīng)成功地創(chuàng)造了一種既具有高功率密度又具有體積能量密度得微型能源。”
據(jù)稱，這些微電池得一個(gè)重要應(yīng)用將包括為昆蟲大小得微型機(jī)器人提供動力，以在自然災(zāi)害、搜索和救援任務(wù)以及在人類無法直接接觸得危險(xiǎn)環(huán)境中獲取有價(jià)值得信息。
該研究論文合著者James Pikul說，“高電壓對于減少微型機(jī)器人需要攜帶得電子載荷很重要。9V可以直接為電機(jī)供電，使小型機(jī)器人能夠走得更遠(yuǎn)，或向人類操作員發(fā)送更多關(guān)鍵信息。”
作為電池小型化領(lǐng)域得先驅(qū)，研究人員總結(jié)道，“我們目前得微電池設(shè)計(jì)非常適合于高能、大功率、高電壓、單次放電得應(yīng)用。下一步是將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為固態(tài)微電池平臺，這種電池本質(zhì)上比液體電池更安全，能量密度更高。”
