Точные структуры могут быть построены для оценки основ переноса ионов и электронов в наноструктурах для хранения энергии и для проверки пределов возможностей трехмерных технологий нанобатареи.Наноструктурированные батареи, если они правильно спроектированы и изготовлены, обещают обеспечить гораздо более высокую мощность и более длительный срок службы, чем традиционные технологии. Чтобы сохранить высокую плотность энергии, наноструктуры (такие как нанопроволоки) должны быть расположены в виде плотных «лесов наноструктур», создавая трехмерные наногеометрии, в которых ионы и электроны могут быстро перемещаться.
Исследователи построили массивы нанобатарей внутри миллиардов упорядоченных идентичных нанопор в шаблоне оксида алюминия, чтобы определить, насколько хорошо ионы и электроны могут выполнять свою работу в таких сверхмалых средах.Нанобатареи были изготовлены путем осаждения атомных слоев, чтобы сделать оксидные нанотрубки для хранения ионов внутри металлических нанотрубок для переноса электронов, все внутри каждого конца нанопор. Крошечные нанобатареи работают очень хорошо: они могут передавать половину своей энергии всего за 30 секунд заряда или разряда, и они теряют лишь несколько процентов своей емкости хранения энергии после 1000 циклов.
Исследователи связывают эту производительность с рациональной конструкцией и хорошо контролируемым производством нанотрубчатых электродов для обеспечения движения ионов внутрь и наружу, а также тесного контакта между тонкими вложенными трубками для обеспечения быстрого переноса как ионов, так и электронов.Эта работа была выполнена в Университете Мэриленда при поддержке Центра наноструктур для хранения электрической энергии (NEES), исследовательского центра Energy Frontier, финансируемого Управлением науки Министерства энергетики, Управлением фундаментальных энергетических наук.