康奈尔大学开发可瞬时充电的螺旋形电池结构

当前的许多电池，都采用了大同小异的阴阳双电极结构，中间采用了非导体隔离。 不过现在，康奈尔大学的工程师们开发出了一种不同寻常的新结构，因其采用了相互交织的旋涡状结构、并且拥有瞬时充电的特性。 这项新技术基于一套复杂的多孔形状 —— 螺旋 24 面体（gyroid）—— 在此之前，它经常被用于制造“二维奇迹材料”石墨烯。

康奈尔大学 开发 的螺旋形电池想象图

此外，新电池还采用了超薄碳膜（尽管还没法和石墨烯相提并论），借助了一种称作“块状共聚合物”（block co-polymer）的自组装工艺。

这种碳基螺旋 24 面体组成了电池的阳极，其中包含了数千个孔，每个孔大约有 40nm 宽。

这些气孔被涂上了大约 10nm 厚的分离层、接着加入硫阴极、最后用一种叫做 PEDOT 的导电聚合物来填充最后一部分空隙。

每个细孔都可以储存和传递能量，与微型电池很是类似。但通过将它们分散到螺旋体的巨大表面积上，新架构的能量密度，比传统电池设计要大得多。

研究人员称，在实际操作中，这意味着电池可以在几秒钟、甚至更快的时间内完成充电！ 首席研究员 Ulrich Wiesner 表示：

这种三维结构，基本上消除了设备中的所有容积损耗。

更重要的是，相互渗透的领域缩小到了纳米尺度，所以我们才能指数般提升能量密度。

换言之，与传统电池结构相比，你可以在更短的时间内获得能量。

即便如此，新设计也不是没有缺陷。 当电池在充放电时，硫会发生膨胀、而 PEDOT 部分不会。随着时间的推移，后者会逐渐发生损耗。 Wiesner 指出：

当硫膨胀的时候，这些微小的聚合物会被撕成碎片。当它再次收缩时，无法重新连接。这意味着 3D 电池的一部分无法再被利用到。

当前团队正在努力搞定这个问题，同时寻求一项关于概念验证的专利。有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《能源与环境科学》（ Energy & Environment Science ）期刊上，原标题为：

《Block copolymer derived 3-D interpenetrating multifunctional gyroidal nanohybrids for electrical energy storage》