通常「奈米電池」多是指採用奈米製程、或是帶有奈米尺度結構的電極，電池大小並非以奈米為單位，而此次美國馬里蘭大學則帶來「名符其實」的奈米固態鋰電池，新型電池面積雖然跟郵票差不多大小，但其實裡面暗藏玄機、塞滿數百萬顆 3D 微電池（microbattery），可說是成功製造出世上最小的電池組。
乍看之下每個 3D 微電池就像個又高又圓的房間，有足夠的表面積組裝奈米電池層，因此在薄層與高表面積加成下，能量密度與功率密度表現都相當不錯，馬里蘭大學能源趨勢研究中心奈米結構電儲能部（NEES）認為 3D 微電池將有助於讓固態電池從傳統的平面薄膜邁入 3D 技術，在相同面積下電池可儲存更多能量，功率密度也可以更高。
鋰離子電池主要由正極、負極與電解質構成，鋰離子透過電解質在兩極之間游移，若可增加電極與電解質的接觸面積，將可加速離子移動速度並縮短到達另一端電極的速度，因此表面積越高電池能量密度就越高，這也是為什麼眾多科學家都想要打造 3D 電池。
但製造 3D 電池也不容易，電池科學家 10 年來都致力於透過 3D 電池設計來提高功率密度與能量密度，但至今都沒有任何一項研究與測試傳出捷報，跨入商業化門檻。
（Source：ACS NANO）
為了進一步讓研究走出實驗室，NEES 研究員首先在矽片上鑽出一個個比蜘蛛絲細又深的孔洞，再透過原子層沉積技術（atomic-layer deposition），加熱電池每個零件的材料，將電極、固態電解質與兩極電流集版（Current Collector）以單原子膜形式一層層的鍍在基底表面與孔洞中。
這種方式可以確保矽片每一個孔洞都被覆蓋，提升電池的表面積，而薄薄的電池層則可增加功率密度。馬里蘭大學校助理研究科學家 Keith Gregorczyk 表示，這研究顯示能量密度與功率密度會隨著表面績加大而增加。
且該電池一大優勢在於其電解質是固態的，不會像傳統鋰離子電池裝載易燃的液態電解質，主要研究員 Gary Rubloff 表示，該技術製程跟半導體晶片一樣，可直接整合到各種設備中，不管是健康感測器還是手機都可以應用。
從手機、3C 產品到電動車或是大型儲能電廠，鋰離子電池可說是無處不在，為當今儲能技術主流，但由於電解質具有安全性疑慮一直為人詬病，該技術將有助於廠商製造出安全與輕便兼具的電池。目前研究已發表在《ACS NANO》。
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（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：pixabay）
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