Los ingenieros de la Universidad de Maryland han creado una batería delgada, hecho de unos pocos millones de "microbaterías" cuidadosamente construidas en una pulgada cuadrada. Cada microbatería tiene la forma de una sala redonda, proporcionando mucha superficie, como espacio en la pared, en la que se ensamblan capas de batería nanodelgadas. Las capas delgadas junto con una gran superficie producen una potencia muy alta junto con una energía alta. Se le conoce como una "batería 3-D" porque cada microbatería tiene una forma claramente 3-D.

Estas baterías 3-D empujan las baterías planas convencionales de estado sólido de película delgada a una tercera dimensión. Las baterías planas son una sola pila de capas planas que cumplen las funciones de ánodo, electrólito, Colectores de cátodos y corrientes.

Pero para hacer las baterías 3-D, los investigadores perforaron agujeros estrechos se forman en silicio, no más ancho que una hebra de seda de araña, pero muchas veces más profundo. Los materiales de la batería se recubrieron en las paredes interiores de los orificios profundos. La mayor superficie de la pared de las microbaterías 3-D proporciona una mayor energía, mientras que la delgadez de las capas aumenta drásticamente la potencia que se puede entregar. El proceso es un poco más complicado y costoso que su contraparte plana, pero conduce a más energía y mayor potencia en la misma huella.

Durante más de una década, Los investigadores de baterías han conocido los beneficios de potencia y energía como un diseño de batería 3-D, pero la fabricación y las pruebas no han tenido éxito hasta el reciente éxito del equipo de Maryland NEES. Eso es porque pensaron en usar una técnica llamada deposición de capa atómica, en el que cada capa tiene solo unos pocos átomos de espesor. Cada material, para cada parte de la batería, se calienta hasta que los átomos crean una fina niebla que se asienta sobre la forma, adhiriéndose de cerca y en una fina capa fina. Construir las baterías de esta manera aseguró que cada capa se ajustara a los lados del agujero, sin manchas ni espacios sin revestir.

Este documento muestra una "prueba definitiva del concepto de que la densidad de energía y la densidad de potencia aumentan de acuerdo con el aumento de la superficie, "dijo Keith Gregorczyk, un científico investigador asistente en la Universidad de Maryland, y un miembro del equipo que logró las microbaterías 3-D.

"Una gran ventaja de esta batería es que es de estado sólido, lo que significa que no contiene líquidos inflamables que se incendien como pueden hacerlo las baterías convencionales de litio, "dijo Gary Rubloff, el investigador principal del estudio. "Y debido a que se fabrica utilizando los mismos procesos de fabricación que los de los chips semiconductores, se puede incorporar directamente en una variedad de dispositivos, desde monitores de salud y teléfonos móviles hasta muchas otras aplicaciones ".

Rubloff es director de nanoestructuras para almacenamiento de energía eléctrica (NEES), una subvención del Energy Frontier Research Center de $ 25,2 millones patrocinada por el DOE. Rubloff es también el director fundador del Maryland NanoCenter y un profesor universitario distinguido con nombramientos en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales. el Instituto de Investigación de Sistemas, y el Instituto de Investigación en Electrónica y Física Aplicada.

Una descripción y análisis de la batería de estado sólido 3-D y su potencial apareció en la revista. ACS Nano el 24 de abril 2018.