超級微電池

很多人都會因為手機電池容量小、充電慢而抱怨，希望能有一種電池能快速充電，又長時間使用。不用著急，這個夢想很快就會變為現實了。科學家們已經研發出一種超級微電池，功率超強，充電時間不足一秒。

基本介紹

• 中文名：超級微電池
• 製作基礎：石墨烯
• 性能原理：內部的三維微結構
• 發展前景：與其他電子元件結合
• 大概功率：是鋰電池的1000倍

概述

一直以來，手機電池技術的發展便落後於手機技術。智慧型手機已經達到令人吃驚的先進程度，而電池卻相對比較古老，隨著美國伊利諾斯州大學洛杉磯分校的研究人員研製出一種超級微電池，這種落後從此成為過去。這種超級微電池是一種以石墨烯為基礎的微型超級電容器，它的功率是鋰電池的1000倍，該電容器不僅外形小巧，而且可以在數秒內為手機甚至汽車充電。

該校材料科學與工程專業的教授理察卡納說：“蓄電器與電路的集成過程很具挑戰性，經常限制整個系統的小型化。”而他的團隊研發的新電池型號更小，適合多種電器使用。另外該研究團隊還發現了一種生產這種新型電池的簡易方法。卡納介紹說：“只需一台普通的DVD光雕刻錄機，我們就能在不到30分鐘的時間內，在一張光碟上生產出100多個石墨烯微型超級電容器，成本只是傳統設備的一小部分，而且所用材料都很便宜。”

傳統鋰電池

超級微電池功率是鋰電池的1000倍，為未來研製充電時間不到一秒的智慧型手機鋪平了道路。這是一種全新的電池，將改變人們對電池的認知。這種電池的輸出功率超過任何人的想像。電子元件的尺寸越來越小，電腦的思考用元件也越來越小，而電池技術卻一直被落在後面。微技術將改變這一切。超級微電池先進程度將與其他元件不相上下。

面臨的問題

對於需要很大功率的用電設備，例如遠距離傳送無線電信號，電容器雖然能夠快速釋放電量，但只能存儲少量電量；對於需要很多電量的用電設備，例如長時間播放收音機，燃料電池和其他電池雖然能夠容納很多電量，但需要很長時間充電。

充電之困

未來前景

對於電器用戶而言，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。對於一些非常有趣的電器，尤其是現代電器，人們希望做到二者兼得。

原理

超級微電池的結構不同於傳統垃圾電池，能夠做到高電量和高功率二者兼得。研究人員對這種電池的結構進行調整，在功率和電量之間實現更好的平衡。科學家表示超級微電池的高性能要歸功於內部的三維微結構。與所有電池一樣，超級微電池擁有兩個基本組件，即陽極和陰極。（正極和負極）

超級微電池採用新型快速充電陰極。科研人員研發了與之相對應的陽極以及一種在微尺度下將二者集合在一起的方式，讓最後研製的電池擁有極高的性能。對於需要較高功率的用電設備，這種電池能夠讓感測器或者無線電信號的有效工作距離達到此前的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原子。同時，研究小組發現使用一種標準DVD燒錄技術能夠很容易製造這種新型電池。製造微型超級電容的傳統方法涉及到密集型光刻技術，但被證實很難製造成本低廉的器件，因此在商業套用領域受限。僅基於適用於大眾的超光速寫DVD燒錄技術，可以僅用部分傳統裝置成本製造出石墨烯微型超級電容。使用這種技術，可以利用廉價材料僅不足30分鐘在一個光碟上製造100多個微型超級電池。

為了使超級電池更具有效性，兩個分離電極的放置方式必須使其表面積最大化。這將使超級電池能夠存儲更多電能。之前的微型電池是多層石墨烯堆疊在一起作為電極，有點兒像三明治麵包片。在最新設計的超級電池中，研究人員使用叉合模型(類似於互相交織的手指)將電極並排放在一起。這將有助於實現兩個電極表面積的最大化，儘管這同時也會減少電解液中離子需要擴散的路徑。

套用

理論上說，一部信用卡厚度的手機所需充電時間不到一秒鐘。除了消費型電子設備外，醫學設備、雷射器、感測器以及其他用電設備都能因為這項電池技術實現飛躍。一直以來，所有電氣設備都受到電池尺寸的限制。私人醫學設備和植入物——當前使用的電池都是大塊頭——採用微小的電子元件和電線。超級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，同時降低生產成本。這是一種新型技術，而不是此前技術的改進。由於打破了電源的正常模式，科研人員將設計出全新的設備。