電池研究前沿之一就是利用結構部件來存儲能量。目前這種創意已經作為一種減輕重量的方式，開始裝備在電動汽車和士兵裝備上。現在，科學家將這個概念應用於微型電池上，其重量輕到可以讓昆蟲攜帶，而能量密度是傳統電池的 4 倍。
這項研究由賓夕法尼亞大學的工程師進行的，他們正在研究新的電池設計，這些電池足夠緊湊和耐用，可以為越來越小的可穿戴設備和電子設備供電。為了保持這些類型的設備運行，電池需要受到保護，以免受到撞擊、水和氧氣的損害，但這涉及到增加其重量和尺寸的外殼，同時對其電化學性能毫無幫助。
為了克服這一限制，科學家們重新設想了微型電池的典型設計方式。這些設備通常具有超薄的電極，允許電子和離子的快速傳輸，但這種超薄的外形限制了它們可以包含的化學品數量，因此也限制了它們可以儲存的能量。
在電池的陰極，通常由粉狀的顆粒組成，這些顆粒被壓縮在一起，形成一個帶有空氣間隙的多孔結構，這影響了離子在電池中的移動速度。科學家們通過開發一種密度大得多的陰極材料來克服這個問題，這種材料可以直接”電鍍”到薄金屬箔上，而金屬箔也可以作為外殼。
研究負責人詹姆斯-皮庫爾（James Pikul）說：“我們基本上製造了執行雙重任務的電流收集器。”它們既作為電子導體，又作為防止水和氧氣進入電池的包裝”。
據研究人員說，這種微型電池的設計也使陰極的”原子高速公路”保持一致，這使得鋰離子能夠快速直接通過陰極並進入設備。因為離子可以更有效地通過陰極，所以它可以做得更厚而不影響這一關鍵屬性，這反過來又使它可以包含的儲能化學物質的數量增加了一倍。
最終，這使得微型電池的能量密度是目前最先進設計的四倍。這種微型電池的重量與兩粒米相同，但其能量和功率密度是其體積的 100 倍，研究人員認為它可以在許多領域發揮作用。這些領域包括微型飛行機器人、可穿戴設備、提供更長壽命的醫療植入物，或構成物聯網的無數無線設備。
科學家們正在繼續研究他們的新型電池的化學和物理構成，並努力提高其性能。
該研究發表在《Advanced Materials》雜誌上。