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比一粒盐还小的电池,能供电多长时间?

来源:  发布时间:2022年06月17日 作者:

近日,国内外某研究团队合作研制出迄今最小的微型电池,比一粒盐还小,可以为世界上最小的计算机芯片供电大约10个小时,并且能够反复充电。

我们可以把这种电池理解成多层的三明治,两个电极以化学能形式储存电能,在两极之间,电解质引导电荷流动,再由电极上的两个金属集电器将电流引到外部电路。电极越小,能容纳的电荷就越少,且裂纹和其他缺陷也能阻止电荷的流动,厚厚材料层中的离子和电子的扭曲通道也会增加电阻,从而引发电量损耗。


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研发微型电池的关键有两点:小而精。小,指尺寸小;精,指电池具有足够的能量密度,而这对制作工艺的要求特别高。微型电池的生产技术与日常使用的电池制造技术截然不同。具有高能量密度的纽扣电池是使用湿化学制造的,电池的电极材料和添加剂涂覆在金属箔上,电解质膜夹在电极之间,电极厚度达到100 µm。这种制造方法生产的电池电极太厚,而芯片允许的电极厚度是几微米,可容纳的电荷量也有限。


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为了实现微电池小而精的目标,该团队采用了 “瑞士卷”工艺。“瑞士卷”,顾名思义,将电池就像瑞士卷一样层层卷起。“瑞士卷”工艺通过不同薄膜的涂覆来创建具有张力的分层系统,这种张力像钢卷尺里面的弹簧带来的能量一样,张力会通过薄膜自动弹卷成瑞士卷结构来释放,因此不需要外力来建造这种自发卷绕式的圆柱微型电池。


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标准“瑞士卷”结构的微型电池至少有五层:两个集电极层,一个阴极膜,一个阳极膜和一个电解质膜。如此复杂的叠加对制作工艺要求极高。此外,“瑞士卷工艺”对于薄膜的韧性等要求非常高,而且还要避免在卷起过程中带来的电池短路等问题。

微型电池潜力巨大,有望在物联网、微型医疗植入物等领域大显身手。




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