Gli ingegneri dell'Università del Maryland hanno creato una batteria sottile, fatto di pochi milioni di "microbatterie" accuratamente costruite in un pollice quadrato. Ogni microbatteria ha la forma di una molto alta, stanza rotonda, fornendo molta superficie – come lo spazio della parete – su cui sono assemblati strati di batteria nano-sottili. Gli strati sottili insieme all'ampia superficie producono una potenza molto elevata insieme ad un'elevata energia. È soprannominata una "batteria 3-D" perché ogni microbatteria ha una forma distintamente 3-D.

Queste batterie 3-D spingono le tradizionali batterie planari a stato solido a film sottile in una terza dimensione. Le batterie planari sono una singola pila di strati piatti che svolgono il ruolo di anodo, elettrolita, catodo e collettori di corrente.

Ma per realizzare le batterie 3-D, i ricercatori hanno praticato fori stretti si formano nel silicio, non più largo di un filo di seta di ragno ma molte volte più profondo. I materiali della batteria sono stati rivestiti sulle pareti interne dei fori profondi. La maggiore superficie della parete delle microbatterie 3-D fornisce maggiore energia, mentre la sottigliezza degli strati aumenta notevolmente la potenza erogabile. Il processo è un po' più complicato e costoso della sua controparte piatta, ma porta a più energia e maggiore potenza con lo stesso ingombro.

Per oltre un decennio, i ricercatori della batteria hanno conosciuto i vantaggi di potenza ed energia come un design della batteria 3-D, ma la fabbricazione e il collaudo non hanno avuto successo fino al recente successo del team Maryland NEES. Questo perché pensavano di usare una tecnica chiamata deposizione di strati atomici, in cui ogni strato è spesso solo pochi atomi. Ogni materiale, per ogni parte della batteria, viene riscaldato fino a quando gli atomi creano una nebbia sottile che si deposita sulla forma, attaccandosi strettamente e in uno strato sottile e sottile. Costruire le batterie in questo modo ha assicurato che ogni strato si adattasse ai lati del foro, senza macchie o spazi non rivestiti.

Questo documento mostra una "prova definitiva del concetto che la densità di energia e la densità di potenza aumentano in conformità con l'aumento della superficie, " ha detto Keith Gregorczyk, un assistente ricercatore presso l'Università del Maryland, e un membro del team che ha realizzato le microbatterie 3-D.

"Un enorme vantaggio di questa batteria è che è allo stato solido, il che significa che non contiene liquidi infiammabili che possono prendere fuoco come possono fare le batterie convenzionali a base di litio, "ha detto Gary Rubloff, il ricercatore principale dello studio. "E poiché è fabbricato utilizzando gli stessi processi di produzione di quelli per i chip a semiconduttore, può essere incorporato direttamente in una varietà di dispositivi, dai monitor sanitari e telefoni cellulari a molte altre applicazioni."

Rubloff è Direttore delle Nanostrutture per l'accumulo di energia elettrica (NEES), una sovvenzione dell'Energy Frontier Research Center da 25,2 milioni di dollari sponsorizzata dal DOE. Rubloff è anche il direttore fondatore del Maryland NanoCenter e un illustre professore universitario con incarichi nel dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali, l'Istituto per la ricerca sui sistemi, e l'Istituto per la Ricerca in Elettronica e Fisica Applicata.

Una descrizione e un'analisi della batteria a stato solido 3-D e del suo potenziale sono apparse sulla rivista ACS Nano il 24 aprile, 2018.