瞬時に充電できるスパイラル電池の構造について

現在のバッテリーの多くは、同様の陰陽二重電極構造を採用しており、中央に非導体絶縁があります。しかし今、コーネルのエンジニアは、織り交ぜられた渦構造を使用し、瞬間的な帯電の特徴を備えた珍しい新しい構造を開発しました。この新技術は、以前は「二次元の奇跡の材料」であるグラフェンの製造に使用されていた、複雑な多孔質形状のセットであるジャイロイドに基づいています。

さらに、新しいバッテリーは、「ブロック共重合体」と呼ばれる自己組織化プロセスを使用して、（グラフェンと比較することはできませんが）極薄の炭素膜も使用しています。

この炭素ベースのスパイラル２４は、それぞれが約４０ｎｍ幅の数千の穴を含む電池のアノードを形成する。

これらの細孔は、厚さ約10 nmの分離層でコーティングされ、続いて硫黄カソードでコーティングされ、最後にPEDOTと呼ばれる導電性ポリマーで充填されてギャップの最後の部分が埋められます。

各細孔は、ミニチュアバッテリーと同様に、エネルギーを蓄え、伝達することができます。しかし、それらをらせんの巨大な表面積に広げることにより、新しいアーキテクチャのエネルギー密度は、従来のバッテリー設計よりもはるかに大きくなります。

実際には、これはバッテリーを数秒またはそれ以上の速さで充電できることを意味します、と研究者たちは言います！主任研究員のUlrichWiesnerは次のように述べています。

この3次元構造は、基本的にデバイス内のすべてのボリューム損失を排除します。

さらに重要なことに、相互浸透の領域がナノスケールに狭まったため、エネルギー密度を指数関数的に増加させることができます。

つまり、従来の電池構造よりも短時間でエネルギーを得ることができます。

それでも、新しいデザインには欠陥がないわけではありません。バッテリーを充電および放電すると、硫黄は膨張しますが、PEDOT部分は膨張しません。時間が経つにつれて、後者は徐々に摩耗します。ヴィースナーは次のように指摘しました。

硫黄が膨張すると、これらの小さなポリマーはバラバラになります。再度収縮すると再接続できません。これは、3Dバッテリーの一部が使用できなくなったことを意味します。

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