由氫氣驅(qū)動的納米電池

建造小于人類頭發(fā)直徑的電池可以為納米級電子設(shè)備提供動力，從而改變電路和傳感器的設(shè)計(jì)方式。電子設(shè)備在過去20年中經(jīng)歷了一場革命。電子元件的尺寸已經(jīng)縮小到納米尺度，同時(shí)增加了它們的復(fù)雜性，性能和功率。與電路相比，有一件事基本上與人類頭發(fā)一樣小，就是它們的供電方式。來自單個相對較大電池的電功率和控制信號通過電路布線路由到達(dá)每個單獨(dú)的電子元件。每次從電池向組件發(fā)送電力時(shí)，通過電阻會損失一些電力。但是，如果每個微小的納米電路都有自己的微型納米電池怎么辦?這可以最小化能量損失并最大化電池壽命。唉，今天的電池還不足以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

“電池是我們在實(shí)驗(yàn)室遇到的最大問題之一，”來自麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)傳感器和技術(shù)組的Raoul Ouedraogo說。“人們對高度微型化的傳感器一直感興趣，一直到人類頭發(fā)的大小。我們可以制造這些類型的傳感器，但是好運(yùn)找到一個小的電池。當(dāng)前的電池可以像硬幣電池一樣圓形，形狀像如果我們有能力將自己的電池放在任何形狀或幾何形狀上并且價(jià)格便宜，那么它就可以打開很多應(yīng)用的大門。“

麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系正在開發(fā)使用水分解技術(shù)的納米級氫電池。根據(jù)麻省理工學(xué)院的新聞稿，目標(biāo)是提供“更快的充電，更長的壽命和更少的能源浪費(fèi)”。麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)開發(fā)的電池在室溫下相對容易制造，并且在物理上適應(yīng)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)需求。

氫氣從空氣中分離出來

麻省理工學(xué)院的版本描述了該技術(shù)。“電池通過與周圍空氣中存在的水分子相互作用而獲得電荷。當(dāng)水分子與電池的反應(yīng)性外部金屬部分接觸時(shí)，它被分成其組成部分 - 一分子氧和兩分子氫。氫分子被困在電池內(nèi)部，可以儲存直到它們準(zhǔn)備好使用。在這種狀態(tài)下，電池被“充電”。為了釋放電荷，反應(yīng)反轉(zhuǎn)。氫分子通過電池的活性金屬部分向后移動并與周圍空氣中的氧氣結(jié)合。“這種水分解技術(shù)通常用于產(chǎn)生氫氣以滿足大規(guī)模工業(yè)需求，但這種納米電池將是第一個以更小的尺度應(yīng)用該技術(shù)。

麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)制造了50納米厚的電池 - 比一縷人發(fā)更薄。他們還報(bào)告說，電池的面積可以從厘米到小到納米，從而使電池可以很容易地集成在納米尺度的電子元件附近。

“這項(xiàng)技術(shù)的一個有用特性是氧化物和金屬層可以非常容易地形成納米級定制幾何圖形，使得為特定應(yīng)用構(gòu)建復(fù)雜的電池圖案或?qū)⑺鼈兂练e在柔性基板上變得簡單，”Annie Weathers說。 ，該實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)，微系統(tǒng)和納米科技集團(tuán)的工作人員，也參與該項(xiàng)目。

新型MIT電池的功率密度比大多數(shù)目前使用的電池高出兩個數(shù)量級。“我認(rèn)為這個項(xiàng)目的工作原理是我們都不是電池人，”Ouedraogo說。“有時(shí)需要外面的人來看新事物。”

將電池電源集成到納米級電子電路中是看待傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的另一種方式，并且可以證明是開發(fā)更復(fù)雜的傳感器和設(shè)備的重要一步。隨著它向前發(fā)展，這將是一項(xiàng)有趣的工作。

高級編輯凱文克萊門斯30多年來一直在撰寫有關(guān)能源，汽車和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學(xué)位以及機(jī)械工程博士學(xué)位，專攻空氣動力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個關(guān)于電動摩托車的世界陸地速度記錄。