生活中我们都离不开电池。电池尺寸也各异，有可以支撑电动车行驶的大电池，也有能塞进手表里的纽扣电池。

你见过最小的电池有多小？

近日，来自德国开姆尼茨工业大学和中国科学院长春应用化学研究所的研究团队合作研制出迄今最小的微型电池，比一粒盐还小，可以为世界上最小的计算机芯片供电大约10个小时，并且能够反复充电。

世界上最小的微型电池（图片来源：参考文献）

电池是如何工作的？

我们可以把电池理解成多层的三明治，两个电极以化学能形式储存电能，在两极之间，电解质引导电荷流动，再由电极上的两个金属集电器将电流引到外部电路。电极越小，能容纳的电荷就越少，且裂纹和其他缺陷也能阻止电荷的流动，厚厚材料层中的离子和电子的扭曲通道也会增加电阻，从而引发电量损耗。

纽扣电池结构（图片来源：笔者自译）

研发微型电池的关键有两点：小而精。小，指尺寸小；精，指电池具有足够的能量密度，而这对制作工艺的要求特别高。

微型电池的生产技术与日常使用的电池制造技术截然不同。

具有高能量密度的纽扣电池是使用湿化学制造的，电池的电极材料和添加剂涂覆在金属箔上，电解质膜夹在电极之间，电极厚度达到100 µm。这种制造方法生产的电池电极太厚，而芯片允许的电极厚度是几微米，可容纳的电荷量也有限。这，对于微型电池的工艺和性能提出了巨大的挑战。

为了实现微电池小而精的目标，该团队采用了 “瑞士卷”工艺。“瑞士卷”，顾名思义，将电池就像瑞士卷一样层层卷起。

瑞士卷的形貌（图片来源：Veer图库、参考文献）

“瑞士卷”工艺通过不同薄膜的涂覆来创建具有张力的分层系统，这种张力像钢卷尺里面的弹簧带来的能量一样，张力会通过薄膜自动弹卷成瑞士卷结构来释放，因此不需要外力来建造这种自发卷绕式的圆柱微型电池。

标准“瑞士卷”结构的微型电池至少有五层：两个集电极层，一个阴极膜，一个阳极膜和一个电解质膜。如此复杂的叠加对制作工艺要求极高。此外，“瑞士卷工艺”对于薄膜的韧性等要求非常高，而且还要避免在卷起过程中带来的电池短路等问题。

瑞士卷式（图片来源：笔者自译）

微型电池潜力巨大，有望在物联网、微型医疗植入物等领域大显身手。

出品：中国科普博览

作者：Sasha

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