直徑和一粒灰塵差不多，卻能給微型計算機芯片供電 10 小時。
沒錯，這就是目前世界上最小的電池，體積比鹽粒還要小。但不要低估了這個“小家伙”。它的出現(xiàn)，可以說是為微型電子設備供電難的問題打開了一個新出口。
要知道，現(xiàn)在世界上最小的計算機已經(jīng)可以縮小到 1 立方毫米以內(nèi)，應用前景非常廣泛，比如放置微型傳感器到人體內(nèi)檢測氧氣水平、查看術后恢復情況等等。
但是過去的微型電池要么輸出功率不夠高，要么對使用環(huán)境存在限制，要么做得不夠小。而如上提到的這個世界最小電池，能夠?qū)⑦@些問題一網(wǎng)打盡。
它采用類似于特斯拉電池的卷繞式工藝，把電池的最小能量密度提升到每平方厘米 100 微瓦時。目前這項研究成果發(fā)表在了《先進能源材料》上，研究團隊來自德國開姆尼茨工業(yè)大學。
像瑞士卷一樣的電池
這次的研究主要有兩方面突破。第一是采用類似于瑞士卷的結(jié)構(gòu)設計，以此提升電池能量密度。第二是可以在 1mm2 的芯片上與其他電路集成，也就是片上電源。
換句話來說，就是要在夠小的同時，性能還要夠精悍。因此，研究人員想到了近兩年大火的卷繞式工藝電池。它能夠在有限的空間里，容下更多的電池材料。
此前特斯拉電池便采用了類似工藝，讓“4680 無極耳電池”實現(xiàn)了 5 倍的電能提升，續(xù)航增加 16%，提高到 6 倍功率。這也有別于過去常采用堆疊式、電極柱工藝的微電池，它們都很難將電池大小縮小到 1mm2 以下，而且電池能量密度也不夠高。
△上圖為堆疊式工藝，下圖為電極柱工藝
不過，卷繞式工藝在量產(chǎn)上會存在一定困難。因為這種要把晶片材料卷曲起來的辦法，對材料的韌性要求會更高。為此，該研究團隊將聚合物材料、金屬、介電材料層逐一涂抹到晶片表面上，最終制成了一種延展性更強的材料（如下圖 a 所示）。
在解決了大小和儲能兩方面問題后，在微型計算機上上片也就變得不那么困難了。要知道，過去許多微型計算機、傳感器的供電，要么采用頻繁換電池的方法，要么就是再加一個小型的“發(fā)電機”。
這些發(fā)電機可以使用動能、太陽能、熱能發(fā)電，但是對使用場景卻存在限制，比如人體內(nèi)。研究人員認為，他們研制的這種可充電微電池，可以很好解決以上問題。
據(jù)介紹，研究團隊運用此方法，已經(jīng)研制出可以為世界上最小的計算機芯片供電 10 小時的微型電池。同時這一技術也可應用在機器人系統(tǒng)、超柔性電子產(chǎn)品中。
通訊作者中兩位華人
領導這項研究的是奧利弗?施密特（Oliver G. Schmidt）教授，他是德國開姆尼茨工業(yè)大學材料、結(jié)構(gòu)和納米膜集成研究中心 (MAIN) 的研究主任。
就在不久前他還研發(fā)出了世界上最小的微電子導管，可以用于微創(chuàng)手術，對消除血栓、靶向用藥具有深遠意義。
Minshen Zhu 為本項研究的通訊作者之一，他博士畢業(yè)于香港城市大學，目前在奧利弗教授實驗室工作。
另一位通訊作者為中科院長春應化所研究員朱峰。他本科畢業(yè)于吉林大學物理系，之后于中科院長春應化所高分子物理專業(yè)攻讀博士。
論文地址：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103641
參考鏈接：
https://techxplore.com/news/2022-02-world-smallest-battery-power-size.html
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