新型電池是第一個(gè)以水分解技術(shù)為核心的電池

現(xiàn)代手機(jī)內(nèi)部有數(shù)十億個(gè)可以打開和關(guān)閉的納米級(jí)開關(guān)，使手機(jī)能夠正常工作。這些稱為晶體管的開關(guān)由通過單個(gè)電池輸送的電信號(hào)控制。這種為多個(gè)組件供電的電池配置適用于當(dāng)今的技術(shù)，但仍有改進(jìn)的余地。每次將信號(hào)從電池傳送到組件時(shí)，行程中會(huì)丟失一些電力。將每個(gè)組件與自己的電池耦合將是一個(gè)更好的設(shè)置，最大限度地減少能量損失和最大化電池壽命。然而，在當(dāng)前的技術(shù)世界中，電池不足以允許這種布置 - 至少還沒有。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系在開發(fā)使用水分解技術(shù)的納米級(jí)氫電池方面取得了進(jìn)展。利用這些電池，研究人員的目標(biāo)是提供更快的充電，更長(zhǎng)的壽命和更少的能源浪費(fèi)。此外，電池在室溫下相對(duì)容易制造，并且在物理上適應(yīng)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)需求。

“電池是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室遇到的最大問題之一，”來(lái)自林肯實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)傳感器和技術(shù)組的Raoul Ouedraogo說，他是該項(xiàng)目的首席研究員。“人們對(duì)高度微型化的傳感器一直感興趣，一直到人類頭發(fā)的大小。我們可以制造這些類型的傳感器，但是好運(yùn)找到一個(gè)小的電池。當(dāng)前的電池可以像硬幣電池一樣圓形，形狀像如果我們有能力將自己的電池放在任何形狀或幾何形狀上并且價(jià)格便宜，那么它就可以打開很多應(yīng)用的大門。“

電池通過與周圍空氣中存在的水分子相互作用而獲得電荷。當(dāng)水分子與電池的反應(yīng)性外部金屬部分接觸時(shí)，它被分成其組成部分 - 一分子氧和兩分子氫。氫分子被困在電池內(nèi)部，可以儲(chǔ)存直到它們準(zhǔn)備好使用。在這種狀態(tài)下，電池被“充電”。為了釋放電荷，反應(yīng)反轉(zhuǎn)。氫分子通過電池的活性金屬部分向后移動(dòng)并與周圍空氣中的氧氣結(jié)合。

到目前為止，研究人員已經(jīng)制造出厚度為50納米的電池 - 比一縷人發(fā)更細(xì)。他們還證明了電池的面積可以從厘米到小到納米。這種縮放能力使電池可以輕松集成在納米級(jí)和微級(jí)晶體管附近，或接近毫米級(jí)和厘米級(jí)的元件和傳感器。

“這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)有用特性是氧化物和金屬層可以非常容易地形成納米級(jí)定制幾何圖形，使得為特定應(yīng)用構(gòu)建復(fù)雜的電池圖案或?qū)⑺鼈兂练e在柔性基板上變得簡(jiǎn)單，”Annie Weathers說。 ，該實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)，微系統(tǒng)和納米科技集團(tuán)的工作人員，也參與該項(xiàng)目。

電池的功率密度也比大多數(shù)目前使用的電池高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。更高的功率密度意味著每個(gè)電池的功率輸出更多。

“我認(rèn)為這個(gè)項(xiàng)目的工作原理是我們都不是電池人，”Ouedraogo說。“有時(shí)需要外面的人來(lái)看新事物。”

目前，水分解技術(shù)用于產(chǎn)生氫氣以滿足大規(guī)模工業(yè)需求。該項(xiàng)目將是第一個(gè)應(yīng)用該技術(shù)來(lái)制造電池的項(xiàng)目，并且規(guī)模要小得多。