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3-d-Batterien-Pack macht in winzigen Spuren
May 15, 2018

3-d-Batterien packen macht in winzigen Spuren

Weitere Informationen: Joule, Hur Et Al.: "hohe Energie Flächendichte 3D Lithium Ion Mikrobatterien" http://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351 (18) 30139-9,DOI: 10.1016/j.joule.2018.04.002 

Zur Verfügung gestellt vonCell Press

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Batterien mag, wie sie in jeder Form kommen und Größe, dass man sich vorstellen kann. Aber wie elektronische Geräte kleiner und dünner geworden ohne ihre Kraft und Energie Forderungen zu verringern, fordern sie Ingenieure, Batterien zu entwerfen, die in kleinere Räume passen können, ohne Kompromisse bei der Leistung. Forscher in den Vereinigten Staaten haben nicht-traditionellen Techniken verwendet, um eine mögliche Lösung - eine leistungsfähige 3D Lithium-Ionen Akku mit einer Präsenz in der Größenordnung von 100 Salzkörner Mode. Ihre Arbeit erscheint in der Zeitschrift Joule 3.Mai.

 

"Für kleine Sensoren, müssen Sie den Akku wie ein Wolkenkratzer in New York statt einer Ranch-Haus in Kalifornien, Re-design", sagt senior Autor Bruce Dunn, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der University of California, Los Angeles (UCLA). "Das tut ein 3D Akku, und wir können Halbleiterverarbeitung und eine winkeltreueElektrolyteine, die mit den Anforderungen der kleinen internetfähigen Geräten kompatibel zu machen. "

 

Auch die innovativsten zweidimensionale Batterien sind in den Formen, die sie ergreifen können, begrenzt - die grundlegende Batterie nimmt ein Stück derAnodeund ein StückKathodeund Packungen ein Ion-leitenden Elektrolyten zwischen den beiden um den Stromkreis zu schließen. Auf der anderen Seite gibt es unzählige Möglichkeiten, um Handwerk eine 3D Anode und eine 3D Kathode, die zusammen wie snap (noch unbedingt getrennt durch eine kleine Menge des Elektrolyten) Puzzleteile grundsätzlich. Das Setup von Dunns Gruppe gewählt wird eine "konzentrische-Tube"-Design, genannt, wo eine Reihe von gleichmäßig verteilten Anode Beiträge unterliegen einheitlich eine dünne Schicht eines Foto-patternable Polymer-Elektrolyten und die Region zwischen den Pfosten ist das Kathodenmaterial voller.

Trotz dieser scheinbaren Einfachheit viele Forscher nur in der Lage gewesen, die Hälfte eines 3D Akkus zu bauen erstellen Anoden und Kathoden, die auf eigene Faust stabil sind, aber Scheitern bei dem Versuch, diese Elektroden in eine funktionale Batterie montieren. Unterdessen wurden fast alle 3D Batterien die zusammengetragen wurden nicht signifikant besser als gewöhnliche zweidimensionale Versionen. Dunn und promovierte Wissenschaftler, Janet Hur und Leland Smith, überwand diese Hürden durch Einnahme von Methoden, die normalerweise verwendet, um Halbleiter und modifizieren, um Silizium in ein Raster von gerade Abstand Zylinder zu schnitzen, die sie für die Anode wollte. "Das ist etwas, was die Akku-Welt einfach nicht", sagt Dunn.

 

Um die Batterie zu vervollständigen, sie dünne Schichten des Elektrolyts auf die Siliziumstruktur angewendet und gegossen in eine standard Lithium-Ionen-Kathodenmaterial, mit der Anode als Form, um sicherzustellen, dass die beiden Hälften zusammen passen würde genau das richtige. Die daraus resultierenden Batterie erreicht eine Energiedichte von 5,2 Milli-Watt-Stunden pro Quadratzentimeter, unter den höchsten gemeldet für eine 3D Batterie, während eine winzige 0,09 Quadratzentimeter Grundfläche besetzen und 100 Zyklen von Ladung und Entladung widerstehen.

 

Dunn-Hinweise, die diese besondere 3D Batterie noch nicht sein volle Potenzial erreicht hat als er hofft, dass er und sein Team die Energiedichte mit weitere Feinabstimmung der steigern könnenAkkuBauteile und Montage. "Eine weitere Herausforderung mit Batterien ist immer die Verpackung", fügt er hinzu. "Du musst sie versiegeln, gering zu halten und sicherzustellen, dass sie ebenso wie in der realen Welt wie in das Handschuhfach funktionieren."