Engenheiros da Universidade de Maryland criaram uma bateria fina, feito de alguns milhões de "microbaterias" cuidadosamente construídas em uma polegada quadrada. Cada microbateria tem o formato de um sala redonda, fornecendo muita área de superfície - como espaço de parede - na qual camadas de bateria nano-finas são montadas. As camadas finas, juntamente com uma grande área de superfície, produzem uma potência muito alta junto com uma alta energia. É apelidada de "bateria 3-D" porque cada microbateria tem uma forma 3-D distinta.

Essas baterias 3-D levam as baterias planas convencionais de estado sólido de película fina para uma terceira dimensão. As baterias planas são uma única pilha de camadas planas que servem as funções de ânodo, eletrólito, catodo e coletores de corrente.

Mas para fazer as baterias 3-D, os pesquisadores perfuraram orifícios estreitos são formados em silício, não mais largo do que um fio de seda de aranha, mas muitas vezes mais profundo. Os materiais da bateria foram revestidos nas paredes internas dos orifícios profundos. O aumento da superfície da parede das microbaterias 3-D fornece maior energia, enquanto a espessura das camadas aumenta drasticamente a potência que pode ser fornecida. O processo é um pouco mais complicado e caro do que sua contraparte simples, mas leva a mais energia e maior potência na mesma pegada.

Por mais de uma década, os pesquisadores de baterias conhecem os benefícios de potência e energia, como um design de bateria 3-D, mas a fabricação e os testes não tiveram sucesso até o recente sucesso da equipe do Maryland NEES. Isso porque eles pensaram em usar uma técnica chamada deposição de camada atômica, em que cada camada tem apenas alguns átomos de espessura. Cada material, para cada parte da bateria, é aquecido até que os átomos criem uma névoa fina que se estabelece sobre a forma, aderindo-se estreitamente e em uma fina camada fina. Construir as baterias desta forma garantiu que cada camada se conformasse com as laterais do orifício, sem bolhas ou espaços não revestidos.

Este artigo mostra uma "prova definitiva de conceito de que a densidade de energia e a densidade de potência aumentam de acordo com o aumento da área de superfície, "disse Keith Gregorczyk, um cientista assistente de pesquisa na Universidade de Maryland, e um membro da equipe que alcançou as microbaterias 3-D.

"Uma grande vantagem desta bateria é que ela é de estado sólido, o que significa que não contém líquidos inflamáveis ​​para pegar fogo como as baterias convencionais à base de lítio podem, "disse Gary Rubloff, o investigador principal do estudo. "E porque é fabricado usando os mesmos processos de fabricação dos chips semicondutores, pode ser incorporado diretamente em uma variedade de dispositivos, de monitores de saúde e telefones celulares a muitos outros aplicativos. "

Rubloff é Diretor de Nanoestruturas para Armazenamento de Energia Elétrica (NEES), uma concessão do Energy Frontier Research Center de US $ 25,2 milhões patrocinada pelo DOE. Rubloff também é o diretor fundador do Maryland NanoCenter e um distinto professor universitário com nomeações no departamento de ciência e engenharia de materiais, o Institute for Systems Research, e o Instituto de Pesquisa em Eletrônica e Física Aplicada.

Uma descrição e análise da bateria de estado sólido 3-D e seu potencial apareceu na revista ACS Nano em 24 de abril, 2018.