现代手机内部有数十亿个纳米级开关,可以开关,让手机正常工作。这些开关被称为晶体管,由单个电池传递的电信号控制。一个电池为多个组件供电的这种配置在当今的技术中运行良好,但仍有改进的空间。每当信号通过管道从电池传送到某个部件时,就会在传输过程中损耗一些电力。将每个组件与它自己的电池耦合将是一个更好的设置,最大限度地减少能量损失和最大限度地延长电池寿命。然而,在当前的技术世界里,电池还不够小,不允许这样的安排——至少现在还不行。
现在,麻省理工学院林肯实验室和麻省理工学院材料科学与工程系在开发利用水分解技术的纳米级氢电池方面取得了进展。利用这些电池,研究人员的目标是提供更快的充电,更长的寿命和更少的能源浪费。此外,电池相对容易在室温下制造,并适应物理上独特的结构需求。
“电池是我们在实验室遇到的最大问题之一,”林肯实验室高级传感器和技术小组的拉乌尔·韦德拉奥戈(Raoul Ouedraogo)说,他是该项目的首席研究员。“人们对高度微型化到头发丝大小的传感器非常感兴趣。我们可以做这种类型的传感器,但要找到这么小的电池就得靠运气了。目前的电池可以像硬币电池一样圆形,形状像一个管,或者很薄但只有厘米大小。如果我们有能力以一种廉价的方式将自己的电池放置在任何形状或几何形状上,这将为许多应用打开大门。”
电池通过与周围空气中的水分子相互作用获得电荷。当一个水分子与电池的活性金属外层接触时,它就会分裂成一个氧分子和两个氢分子。氢分子被困在电池中,可以储存起来,直到它们可以使用。在这种状态下,电池是“充电”的。为了释放电荷,反应发生逆转。氢分子通过电池的活性金属部分移动回来,并与周围空气中的氧气结合。
到目前为止,研究人员已经制造出了50纳米厚的电池——比一根人类头发还薄。他们还证明了电池的面积可以从几厘米缩小到纳米。这种缩放能力使得电池可以很容易地集成到纳米和微级的晶体管附近,或者集成到毫米和厘米级的组件和传感器附近。
”这种技术的一个有用的特性是氧化物和金属层可以很轻易的为纳米级自定义几何图形,这样就可以方便地构建复杂的电池模式为特定应用程序或沉积在柔性基板,”安妮说天气,实验室的化学的工作人员,微系统和纳米技术集团,他们也参与了这个项目。
这种电池的功率密度也比目前使用的大多数电池高出两个数量级。更高的功率密度意味着电池每体积输出更多的功率。
Ouedraogo说:“我认为这个项目成功的原因是,我们都不是电池人。”“有时候,局外人才能看到新事物。”
目前,水分解技术被用于生产大规模工业需要的氢。这个项目将是第一个应用这种技术制造电池的项目,而且规模要小得多。
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