本报综合消息 电池研究前沿之一就是利用结构部件来存储能量。目前这种创意已经作为一种减轻重量的方式，开始装备在电动汽车和士兵装备上。而随着具有无线功能的电子产品变得越来越小、越来越普遍，科学家们也必须不断寻找方法让电池在更小的空间内储存更多的电力。
在这种背景下，宾夕法尼亚大学的工程师们研发了一种新的电池设计，这种电池结构紧凑、足够耐用，可以为越来越小的可穿戴设备和电子设备供电。据称，它的重量相当于两粒大米，而能量密度是传统电池的4倍。
一般来说，为了保持这些类型的设备运行，电池需要受到保护，以免受到撞击、水和氧气的损害，但这涉及到增加电池重量和尺寸的外壳，同时对其电化学性能毫无帮助。
为了克服这一局限性，科学家们重新构想了微型电池的典型设计方式。这些设备通常具有超薄的电极，允许电子和离子的快速传输，但这种超薄的结构限制了它们可以包含的化学物质的数量，因此也限制了它们可以储存的能量。
在电池的阴极，通常由粉状的颗粒组成，这些颗粒被压缩在一起，形成一个带有空气间隙的多孔结构，这影响了离子在电池中的移动速度。科学家们通过开发一种密度大得多的阴极材料来克服这个问题，这种材料可以直接“电镀”到薄金属箔上，而金属箔也可以作为外壳。
研究负责人詹姆斯·皮库尔（James Pikul）说：“我们基本上制造了具有双重功能的电流收集器。它们既是电子导体，也是防止水和氧气进入电池的包装材料。”
根据研究人员的说法，这种微电池设计也使阴极的“原子高速公路”对齐，这使得锂离子可以快速、直接地通过阴极进入设备。因为离子可以更有效地通过阴极，它可以在不损害这一关键特性的情况下变得更厚，这反过来又使它可以包含的储能化学物质的数量增加了一倍。
研究人员预计它将在许多领域得到应用，其中包括微型飞行机器人、可穿戴设备、寿命更长的医疗植入物，以及组成物联网的无数无线设备。
与此同时，科学家们正在继续研究这种新型电池的化学和物理组成，以提高其性能。
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