华人开发世界最小电池，直径细如灰尘，可集成在芯片上供电10小时

明敏 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

直径和一粒灰尘差不多，却能给微型计算机芯片供电10小时。

没错，这就是目前世界上最小的电池，体积比盐粒还要小。

但不要低估了这个“小家伙”。

它的出现，可以说是为微型电子设备供电难的问题打开了一个新出口。

要知道，现在世界上最小的计算机已经可以缩小到1立方毫米以内，应用前景非常广泛，比如放置微型传感器到人体内检测氧气水平、查看术后恢复情况等等。

但是过去的微型电池要么输出功率不够高，要么对使用环境存在限制，要么做得不够小。

而如上提到的这个世界最小电池，能够将这些问题一网打尽。

它采用类似于特斯拉电池的卷绕式工艺，把电池的最小能量密度提升到每平方厘米100微瓦时。

目前这项研究成果发表在了《先进能源材料》上，研究团队来自德国开姆尼茨工业大学。

像瑞士卷一样的电池

这次的研究主要有两方面突破。

第一是采用类似于瑞士卷的结构设计，以此提升电池能量密度。

第二是可以在1mm²的芯片上与其他电路集成，也就是片上电源。

换句话来说，就是要在够小的同时，性能还要够精悍。

因此，研究人员想到了近两年大火的卷绕式工艺电池。

它能够在有限的空间里，容下更多的电池材料。

此前特斯拉电池便采用了类似工艺，让“4680无极耳电池”实现了5倍的电能提升，续航增加16%，提高到6倍功率。

这也有别于过去常采用堆叠式、电极柱工艺的微电池，它们都很难将电池大小缩小到1mm²以下，而且电池能量密度也不够高。

△上图为堆叠式工艺，下图为电极柱工艺

不过，卷绕式工艺在量产上会存在一定困难。

因为这种要把晶片材料卷曲起来的办法，对材料的韧性要求会更高。

为此，该研究团队将聚合物材料、金属、介电材料层逐一涂抹到晶片表面上，最终制成了一种延展性更强的材料（如下图a所示）。

在解决了大小和储能两方面问题后，在微型计算机上上片也就变得不那么困难了。

要知道，过去许多微型计算机、传感器的供电，要么采用频繁换电池的方法，要么就是再加一个小型的“发电机”。

这些发电机可以使用动能、太阳能、热能发电，但是对使用场景却存在限制，比如人体内。

研究人员认为，他们研制的这种可充电微电池，可以很好解决以上问题。

据介绍，研究团队运用此方法，已经研制出可以为世界上最小的计算机芯片供电10小时的微型电池。

同时这一技术也可应用在机器人系统、超柔性电子产品中。

通讯作者中两位华人

领导这项研究的是奥利弗·施密特（Oliver G. Schmidt）教授，他是德国开姆尼茨工业大学材料、结构和纳米膜集成研究中心 (MAIN) 的研究主任。

就在不久前他还研发出了世界上最小的微电子导管，可以用于微创手术，对消除血栓、靶向用药具有深远意义。

Minshen Zhu为本项研究的通讯作者之一，他博士毕业于香港城市大学，目前在奥利弗教授实验室工作。

另一位通讯作者为中科院长春应化所研究员朱峰。他本科毕业于吉林大学物理系，之后于中科院长春应化所高分子物理专业攻读博士。

论文地址：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103641
参考链接：
https://techxplore.com/news/2022-02-world-smallest-battery-power-size.html

— 完 —

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