生活中我們都離不開電池。電池尺寸也各異，有可以支撐電動車行駛的大電池，也有能塞進手表里的紐扣電池。
你見過最小的電池有多小？
近日，來自德國開姆尼茨工業大學和中國科學院長春應用化學研究所的研究團隊合作研制出迄今最小的微型電池，比一粒鹽還小，可以為世界上最小的計算機芯片供電大約10個小時，并且能夠反復充電。
世界上最小的微型電池（圖片來源：參考文獻）
電池是如何工作的？
我們可以把電池理解成多層的三明治，兩個電極以化學能形式儲存電能，在兩極之間，電解質引導電荷流動，再由電極上的兩個金屬集電器將電流引到外部電路。電極越小，能容納的電荷就越少，且裂紋和其他缺陷也能阻止電荷的流動，厚厚材料層中的離子和電子的扭曲通道也會增加電阻，從而引發電量損耗。
紐扣電池結構（圖片來源：筆者自譯）
研發微型電池的關鍵有兩點：小而精。小，指尺寸小；精，指電池具有足夠的能量密度，而這對制作工藝的要求特別高。
微型電池的生產技術與日常使用的電池制造技術截然不同。
具有高能量密度的紐扣電池是使用濕化學制造的，電池的電極材料和添加劑涂覆在金屬箔上，電解質膜夾在電極之間，電極厚度達到100 μm。這種制造方法生產的電池電極太厚，而芯片允許的電極厚度是幾微米，可容納的電荷量也有限。這，對于微型電池的工藝和性能提出了巨大的挑戰。
為了實現微電池小而精的目標，該團隊采用了 “瑞士卷”工藝。“瑞士卷”，顧名思義，將電池就像瑞士卷一樣層層卷起。
瑞士卷的形貌（圖片來源：Veer圖庫、參考文獻）
“瑞士卷”工藝通過不同薄膜的涂覆來創建具有張力的分層系統，這種張力像鋼卷尺里面的彈簧帶來的能量一樣，張力會通過薄膜自動彈卷成瑞士卷結構來釋放，因此不需要外力來建造這種自發卷繞式的圓柱微型電池。
標準“瑞士卷”結構的微型電池至少有五層：兩個集電極層，一個陰極膜，一個陽極膜和一個電解質膜。如此復雜的疊加對制作工藝要求極高。此外，“瑞士卷工藝”對于薄膜的韌性等要求非常高，而且還要避免在卷起過程中帶來的電池短路等問題。
瑞士卷式（圖片來源：筆者自譯）
微型電池潛力巨大，有望在物聯網、微型醫療植入物等領域大顯身手。
出品：中國科普博覽
作者：Sasha
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