视焦点讯！小体积大容量！锂电微型化取得突破：兼具高电压及能量、功率密度

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财联社上海1月17日讯（编辑 黄君芝）将大尺寸电池的电化学性能转化为微型电源，一直是一个长期的技术挑战，限制了电池为微型设备、微型机器人和植入式医疗设备提供电力的能力。

美国伊利诺伊大学香槟分校的研究人员近期发明了一种高电压微电池（>9V），具有高能量和功率密度，是任何现有电池设计都无法比拟的。上述研究成果已于近期发表在了“Cell Reports Physical Science”杂志上。

据悉，该团队展示了密封、耐用、紧凑的锂电池，在单层、双层和三层配置中具有极低的封装质量分数，具有前所未有的工作电压、高功率密度和能量密度。

研究人员解释说，“我们需要强大的微型电池，通过改进电极结构和创新的电池设计，来释放微型设备的全部潜力。问题是，随着电池体积越来越小，电池的体积和质量主要由包装决定，而电极面积也越来越小。这将导致电池能量和功率的大幅降低。”

在最新设计中，该团队开发了新的封装技术，将正极和负极电流收集器作为封装本身的一部分（而不是单独的实体）。他们还将电极单元垂直堆叠在一起（因此每个单元的电压增加），从而实现了电池的高工作电压。

这项最新设计还使用了非常密集的电极，提供能量密度。按体积计算，普通电极几乎40%被聚合物和碳添加剂（不是活性材料）占据。而该研究小组通过中温直接电沉积技术培育出了完全致密且没有聚合物和碳添加剂的电极。这些电极能比它们的商业对手提供更大的体积能量密度。

研究人员表示，“到目前为止，微纳米尺度的电极结构和电池设计仅限于功率密集设计，这是以孔隙度和体积能量密度为代价的。我们的工作已经成功地创造了一种既具有高功率密度又具有体积能量密度的微型能源。”

据称，这些微电池的一个重要应用将包括为昆虫大小的微型机器人提供动力，以在自然灾害、搜索和救援任务以及在人类无法直接接触的危险环境中获取有价值的信息。

该研究论文合著者James Pikul说，“高电压对于减少微型机器人需要携带的电子载荷很重要。9V可以直接为电机供电，使小型机器人能够走得更远，或向人类操作员发送更多关键信息。”

作为电池小型化领域的先驱，研究人员总结道，“我们目前的微电池设计非常适合于高能、大功率、高电压、单次放电的应用。下一步是将设计转化为固态微电池平台，这种电池本质上比液体电池更安全，能量密度更高。”

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