Pasukan penyelidik di Universiti Cornell yang diketuai oleh Ulrich Wiesner, Profesor Kejuruteraan Spencer T. Olin di Jabatan Sains dan Kejuruteraan Bahan, menangani permintaan bateri yang berpotensi mengecas sepantas kilat.
Idea di sebalik teknologi ini: "Daripada mempunyai anod dan katod bateri di kedua-dua sisi pemisah yang tidak berkonduksian, jalin komponen dalam struktur gyroidal 3D yang dipasang sendiri, dengan beribu-ribu liang nano dipenuhi dengan komponen yang diperlukan untuk tenaga penyimpanan dan penghantaran ”.
"Ini benar-benar seni bina bateri yang revolusioner," kata Wiesner, yang kertas kumpulannya, "Block Copolymer Derived 3-D Interpenetrating Multifunctional Gyroidal Nanohybrid for Electrical Energy Storage," diterbitkan 16 Mei dalam Sains Tenaga dan Alam Sekitar, penerbitan Royal Society Kimia.
"Senibina tiga dimensi ini pada dasarnya menghilangkan semua kerugian dari jumlah mati dalam peranti anda," kata Wiesner. "Lebih penting lagi, mengecilkan dimensi domain interpenetrasi ini ke skala nano, seperti yang kita lakukan, memberikan pesanan kepadatan kekuatan yang lebih tinggi. Dengan kata lain, anda dapat mengakses tenaga dalam masa yang lebih pendek daripada yang biasa dilakukan dengan seni bina bateri konvensional. "
Berapa pantasnya? Wiesner mengatakan bahawa, kerana dimensi elemen bateri menyusut ke skala nano, "pada masa anda memasukkan kabel anda ke soket, dalam beberapa saat, mungkin lebih cepat, bateri akan dicas."
Konsep bateri 3D ini didasarkan pada pemasangan diri kopolimer blok, yang biasa mereka gunakan dalam peranti elektronik lain termasuk sel solar gyroidal dan superkonduktor gyroid. Pengarang utama karya ini, Joerg Werner bereksperimen dengan membran penyaringan pemasangan sendiri dan bertanya-tanya apakah prinsip itu dapat diterapkan pada bahan karbon untuk penyimpanan tenaga.
Filem nipis gyroidal karbon - anoda bateri, yang dihasilkan oleh pemasangan diri blok kopolimer - memaparkan beribu-ribu liang berkala pada urutan selebar 40 nanometer. Selanjutnya pelapisan liang-liang ini dengan ketebalan 10 nanometer, yang bertebat secara elektronik tetapi pemisah pengalir ion dilapisi melalui polimerisasi elektro, yang pada hakikatnya proses menghasilkan lapisan pemisahan tanpa lubang lubang. Dan, benar-benar kecacatan seperti lubang pada pemisah boleh menyebabkan malapetaka mengakibatkan kebakaran pada peranti mudah alih seperti telefon bimbit dan komputer riba.
Langkah ke langkah kedua, yang merupakan penambahan bahan katod. Dalam kes ini, tambahkan Sulfur dalam jumlah yang sesuai yang tidak cukup memenuhi sisa pori. Tetapi, sulfur boleh menerima elektron tetapi tidak mengalirkan elektrik. Langkah terakhir adalah mengisi semula dengan polimer pengalir elektronik, yang dikenali sebagai PEDOT (poli).
Walaupun seni bina ini menawarkan bukti konsep, kata Wiesner, ini bukan tanpa cabaran. Kelantangan berubah semasa mengisi dan mengecas bateri secara beransur-ansur menurunkan pemungut caj PEDOT, yang tidak mengalami pengembangan volume yang dilakukan oleh sulfur.
"Apabila belerang mengembang," kata Wiesner, "anda mempunyai polimer kecil yang akan terurai, dan kemudian ia tidak menyambung semula apabila ia mengecut lagi. Ini bermaksud terdapat sekeping bateri 3D yang kemudian tidak dapat anda akses. "
Pasukan ini masih berusaha untuk menyempurnakan teknik ini tetapi memohon perlindungan pesakit pada karya bukti-konsep. Karya ini disokong oleh Pusat Bahan Tenaga di CORNELL dan dibiayai oleh Jabatan Tenaga AS serta Yayasan Sains Nasional.