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微电池有颗纳米芯 充电时间更短性能更出色 美国赖斯大学的科学家最近在微电池制造方面迈出了重要的一步，他们研发出一种结实的立体微电池，这种电池比普通的锂电池充电时间更短，其他性能也更为出色。这项成果可能为遥感、显示屏、智能卡、柔性电子器件以及生物医学设备等领域带来革命性的突破。 这种电池里有着垂直排列的镍—锡纳米线，这些纳米线外面均匀地包裹着一种叫做PMMA的多聚体材料，也就是我们俗称的有机玻璃。PMMA“外衣”能够让超薄电解质层稳定地环绕在纳米结构材料周围，从而使这项存在已久的难题终于得到了解决。 赖斯大学的Pulickel Ajayan及其实验室成员花了一年多的时间，找到了一种可靠的方法，能够将单根纳米线裹上一层平滑的PMMA基胶质电解质。PMMA的主要作用是绝缘，当电流通过时，它能保护里面的纳米线不受反电极的影响。研究者的这项工作在线发表在本周出版的《纳米快报》（Nano Letters）杂志上。 “在普通的电池里，通常会有一个很厚的隔离物将两个电极隔开。”该校机械工程与材料化学教授Ajayan说，“如果能将电池里的东西挨得尽可能近，就可以大大提高电化学效率。但这一直是个很大的挑战。” Ajayan和他的同事认为，解决这个问题的敲门砖，应该是开发涂层纳米线。应用这种技术开发出来的具有伸缩性的微型器件，将会比普通的薄膜电池具有更大的表面积。“不过说句公道话，你不能用厚度来评判薄膜电池的好坏，因为这关系到锂离子动力学的速度快慢。”Ajavan说。 “我们想弄清怎样把用3D技术设计出来的电池落实到纳米级别的实物上。”Ajayan实验室的研究生Sanketh Gowda说，“通过提高纳米线的高度，我们可以在不改变锂离子扩散距离的同时，提高电池的储能量。” “说实话，这种电池的3D概念设计早就出来了。”研究的带头人之一Arava Leela Mohana Reddy表示，“但是技术难点在于实际操作中，人们究竟能否给一段较长的纳米线裹上一层完美的PMMA外衣。即使一个很小的失误也会导致全盘失败。” 这项实验主要基于去年该实验室发表在《纳米快报》上的一项研究，当时研究小组研发出了一种共轴的纳米线电缆。 而在这项新的研究中，研究者使用电极沉积的方法，在一块阳极氧化铝模具的孔中造出了一条10微米长的纳米线。然后他们使用简单的化学蚀刻技术将模具上的孔扩大，并注入PMMA材料，将孔中的整条纳米线均匀地包裹起来。最后研究者用化学方法将成品从模具上洗了下来。 研究小组用这种纳米线造出了面积为1平方厘米的微电池，这种电池比相同电极距离的平板电池储能更多、充电更快。“电池是立体的，因此在同样的距离下能够传输更多的能量。”Gowda说。 研究小组还发现，有了PMMA“外衣”，电池的可充电次数也会增多，因为它能够使纳米线和液体电解质之间的隔离环境更加稳定。 最后，研究人员还验证了电池中另一个常见的问题。比如硅电极，它会随着锂离子的来回流动出现膨胀和收缩的现象，长时间体积的变化会损坏电极。那么这种循环效应对纳米线新电池的影响又如何呢？ 电子显微图像显示，纳米线在经过了多次的充放电循环后，PMMA薄膜并没有出现破损的情况，甚至连一个小针眼都没有。研究人员认为包膜技术能够抵抗住电极体积的扩大，从而延长了电池的寿命。 1．下列关于立体微电池的表述，不正确的一项是 （ ） Ａ．立体微电池里有着垂直排列的镍—锡纳米线，这些纳米线外面均匀地包裹着一层有机玻璃。 Ｂ．立体微电池是采用的3D技术设计出来并落实到纳米级别实物上的成功案例。 Ｃ．立体微电池的PMMA“外衣”，能使电池里的东西挨得更近，从而增多电池的可充电次数。 Ｄ．立体微电池比相同电极距离的平板电池储能更多、充电更快，在同样的距离下传输的能量更多。 2．下列理解和分析，不符合原文意思的一项是 （ ） Ａ．立体微电池为遥感、显示屏、智能卡、柔性电子器件以及生物医学设备等领域带来了革命性的突破。 Ｂ．立体微电池的技术难点在于人们究竟能否给一段较长的纳米线裹上一层完美的PMMA外衣。 Ｃ．普通电池的电极在多次的充放电循环后，会出现膨胀和收缩的现象，长时间体积的变化会损坏电极。 Ｄ．PMMA“外衣”能够让超薄电解质层稳定地环绕在纳米结构材料周围，保护里面的纳米材料不受反电极的影响。 3．依据文章信息，下列推断不正确的一项是 （ ） Ａ．化学蚀刻技术在立体微电池的制造中发挥了重要作用，可见简单的化学技术在高科技领域同样有大的用途。 Ｂ．立体微电池的纳米涂层越薄，电极挨得越近，越能提高其电化效率，电池储能会更多、充电会更快。 Ｃ．纳米线电缆的研发相当的复杂，且要求相当高，因此立体微电池的实际应用还有相当长的一段路程要走。 Ｄ．无论是纳米微电池还是普通电池，在充电和放电时都会出现膨胀与收缩，只不过PMMA薄膜能够很好抵抗电极的扩大。 参考答案： 1． C【有了PMMA“外衣”，电池的可充电次数也会增多，因为它能够使纳米线和液体电解质之间的隔离环境更加稳定。】 2． A【立体微电池可能带来各领域的革命性突破】 3． Ｂ【不能用厚度来评判薄膜电池的好坏，因为这关系到锂离子动力学的速度快慢】
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