由氢气驱动的纳米电池

建造小于人类头发直径的电池可以为纳米级电子设备提供动力，从而改变电路和传感器的设计方式。电子设备在过去20年中经历了一场革命。电子元件的尺寸已经缩小到纳米尺度，同时增加了它们的复杂性，性能和功率。与电路相比，有一件事基本上与人类头发一样小，就是它们的供电方式。来自单个相对较大电池的电功率和控制信号通过电路布线路由到达每个单独的电子元件。每次从电池向组件发送电力时，通过电阻会损失一些电力。但是，如果每个微小的纳米电路都有自己的微型纳米电池怎么办?这可以最小化能量损失并最大化电池寿命。唉，今天的电池还不足以实现这一目标。

“电池是我们在实验室遇到的最大问题之一，”来自麻省理工学院林肯实验室先进传感器和技术组的Raoul Ouedraogo说。“人们对高度微型化的传感器一直感兴趣，一直到人类头发的大小。我们可以制造这些类型的传感器，但是好运找到一个小的电池。当前的电池可以像硬币电池一样圆形，形状像如果我们有能力将自己的电池放在任何形状或几何形状上并且价格便宜，那么它就可以打开很多应用的大门。“

麻省理工学院林肯实验室和麻省理工学院材料科学与工程系正在开发使用水分解技术的纳米级氢电池。根据麻省理工学院的新闻稿，目标是提供“更快的充电，更长的寿命和更少的能源浪费”。麻省理工学院团队开发的电池在室温下相对容易制造，并且在物理上适应独特的结构需求。

氢气从空气中分离出来

麻省理工学院的版本描述了该技术。“电池通过与周围空气中存在的水分子相互作用而获得电荷。当水分子与电池的反应性外部金属部分接触时，它被分成其组成部分 - 一分子氧和两分子氢。氢分子被困在电池内部，可以储存直到它们准备好使用。在这种状态下，电池被“充电”。为了释放电荷，反应反转。氢分子通过电池的活性金属部分向后移动并与周围空气中的氧气结合。“这种水分解技术通常用于产生氢气以满足大规模工业需求，但这种纳米电池将是第一个以更小的尺度应用该技术。

麻省理工学院的团队制造了50纳米厚的电池 - 比一缕人发更薄。他们还报告说，电池的面积可以从厘米到小到纳米，从而使电池可以很容易地集成在纳米尺度的电子元件附近。

“这项技术的一个有用特性是氧化物和金属层可以非常容易地形成纳米级定制几何图形，使得为特定应用构建复杂的电池图案或将它们沉积在柔性基板上变得简单，”Annie Weathers说。 ，该实验室的化学，微系统和纳米科技集团的工作人员，也参与该项目。

新型MIT电池的功率密度比大多数目前使用的电池高出两个数量级。“我认为这个项目的工作原理是我们都不是电池人，”Ouedraogo说。“有时需要外面的人来看新事物。”

将电池电源集成到纳米级电子电路中是看待传统电路设计的另一种方式，并且可以证明是开发更复杂的传感器和设备的重要一步。随着它向前发展，这将是一项有趣的工作。

高级编辑凯文克莱门斯30多年来一直在撰写有关能源，汽车和交通主题的文章。他拥有材料工程和环境教育硕士学位以及机械工程博士学位，专攻空气动力学。他在他的工作室里建立了几个关于电动摩托车的世界陆地速度记录。