世界很大，但是随着技术的出现，它变得越来越小，这些技术让全世界的人都在手中。随着世界的缩小，它也要求事情发生。世界很大，但是随着技术的出现，它变得越来越小，这些技术让全世界的人都在手中。随着世界的缩小，它也要求事情发生得更快——包括给电子设备充电所需的时间。
康奈尔大学工程学教授Ulrich Wiesner领导的跨校区合作通过一种新的储能设备架构解决了这一需求，这种架构具有快速闪电的潜力。
该小组的想法是：不是将电池的阳极和阴极放在不导电的隔板的两侧，而是将组件交织在一个自组装的3D陀螺仪结构中，在这个结构中，成千上万个纳米级的孔隙充满了能量存储和传输所需的元素。
“这真的是一个革命性的电池架构，”威斯纳说。他的小组论文《源自嵌段共聚物的三维互穿多功能回转纳米杂化物用于电能存储》于5月16日发表在英国皇家学会的出版物《能源与环境科学杂志》上。化学。
“这种三维架构基本上消除了设备死体积的所有损失，”威斯纳说。“更重要的是，正如我们所做的那样，将这些互穿区域的尺寸缩小到纳米尺度，可以为你提供更高功率密度的数量级。换句话说，你可以在比传统电池架构更短的时间内获得能量。”。这有多快？威斯纳说，由于电池组件的尺寸缩小到纳米级别，“当你把电缆插到插座上时，电池充电只需要几秒钟甚至更快。”
这个概念的结构基于嵌段共聚物自组装，威斯纳集团已经在其他器件中使用多年，包括螺旋太阳能电池和螺旋超导体。Joerg Werner，博士' 15，这项工作的主要作者，已经尝试了自组装光子器件，并想知道同样的原理是否可以应用于碳材料的储能。
碳纤维膜——电池的阳极，由嵌段共聚物自组装而成——有数千个约40纳米宽的周期性孔洞。然后，这些孔通过电聚合涂覆有10nm厚的电绝缘但离子传导的膜，这通过该方法的本质产生无针孔的分离层。
这一点至关重要，因为分离器上的孔洞等缺陷会导致灾难性的故障，从而导致移动设备(如手机和笔记本电脑)发生火灾。
下一步是添加阴极材料-在这种情况下是硫-其量不能完全填充剩余的孔。由于硫可以接受电子但不导电，所以最后一步是用电子导电聚合物回填——称为PEDOT(聚[3，4-乙烯二氧噻吩])。
虽然这种架构提供了概念证明，但Wiesner表示，它并非没有挑战。放电和电池充电期间的体积变化逐渐降低PEDOT电荷收集器，其不会经历硫的体积膨胀。
“当硫膨胀时，”威斯纳说，“你撕裂了聚合物的这些小部分，然后当它再次收缩时，它不会重新连接。这意味着你有一些3D电池是不能碰的。”
该团队仍在改进这项技术，但申请了概念证明的专利保护。
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