通常“奈米电池”多是指采用奈米制程、或是带有奈米尺度结构的电极，电池大小并非以奈米为单位，而此次美国马里兰大学则带来“名符其实”的奈米固态锂电池，新型电池面积虽然跟邮票差不多大小，但其实里面暗藏玄机、塞满数百万颗 3D 微电池（microbattery），可说是成功制造出世上最小的电池组。
乍看之下每个 3D 微电池就像个又高又圆的房间，有足够的表面积组装奈米电池层，因此在薄层与高表面积加成下，能量密度与功率密度表现都相当不错，马里兰大学能源趋势研究中心奈米结构电储能部（NEES）认为 3D 微电池将有助于让固态电池从传统的平面薄膜迈入 3D 技术，在相同面积下电池可储存更多能量，功率密度也可以更高。
锂离子电池主要由正极、负极与电解质构成，锂离子透过电解质在两极之间游移，若可增加电极与电解质的接触面积，将可加速离子移动速度并缩短到达另一端电极的速度，因此表面积越高电池能量密度就越高，这也是为什么众多科学家都想要打造 3D 电池。
但制造 3D 电池也不容易，电池科学家 10 年来都致力于透过 3D 电池设计来提高功率密度与能量密度，但至今都没有任何一项研究与测试传出捷报，跨入商业化门槛。
（Source：ACS NANO）
为了进一步让研究走出实验室，NEES 研究员首先在硅片上钻出一个个比蜘蛛丝细又深的孔洞，再透过原子层沉积技术（atomic-layer deposition），加热电池每个零件的材料，将电极、固态电解质与两极电流集版（Current Collector）以单原子膜形式一层层的镀在基底表面与孔洞中。
这种方式可以确保硅片每一个孔洞都被覆盖，提升电池的表面积，而薄薄的电池层则可增加功率密度。马里兰大学校助理研究科学家 Keith Gregorczyk 表示，这研究显示能量密度与功率密度会随着表面绩加大而增加。
且该电池一大优势在于其电解质是固态的，不会像传统锂离子电池装载易燃的液态电解质，主要研究员 Gary Rubloff 表示，该技术制程跟半导体芯片一样，可直接整合到各种设备中，不管是健康感测器还是手机都可以应用。
从手机、3C 产品到电动车或是大型储能电厂，锂离子电池可说是无处不在，为当今储能技术主流，但由于电解质具有安全性疑虑一直为人诟病，该技术将有助于厂商制造出安全与轻便兼具的电池。目前研究已发表在《ACS NANO》。
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（本文由 EnergyTrend 授权转载；首图来源：pixabay）
