直徑和一粒灰塵差不多，卻能給微型計算機晶片供電 10 小時。

沒錯，這就是目前世界上最小的電池，體積比鹽粒還要小。但不要低估了這個“小傢伙”。它的出現，可以說是為微型電子裝置供電難的問題打開了一個新出口。

要知道，現在世界上最小的計算機已經可以縮小到 1 立方毫米以內，應用前景非常廣泛，比如放置微型感測器到人體內檢測氧氣水平、檢視術後恢復情況等等。

但是過去的微型電池要麼輸出功率不夠高，要麼對使用環境存在限制，要麼做得不夠小。而如上提到的這個世界最小電池，能夠將這些問題一網打盡。

它採用類似於特斯拉電池的卷繞式工藝，把電池的最小能量密度提升到每平方釐米 100 微瓦時。目前這項研究成果發表在了《先進能源材料》上，研究團隊來自德國開姆尼茨工業大學。

像瑞士捲一樣的電池

這次的研究主要有兩方面突破。第一是採用類似於瑞士捲的結構設計，以此提升電池能量密度。第二是可以在 1mm² 的晶片上與其他電路整合，也就是片上電源。

換句話來說，就是要在夠小的同時，效能還要夠精悍。因此，研究人員想到了近兩年大火的卷繞式工藝電池。它能夠在有限的空間裡，容下更多的電池材料。

此前特斯拉電池便採用了類似工藝，讓“4680 無極耳電池”實現了 5 倍的電能提升，續航增加 16%，提高到 6 倍功率。這也有別於過去常採用堆疊式、電極柱工藝的微電池，它們都很難將電池大小縮小到 1mm² 以下，而且電池能量密度也不夠高。

△上圖為堆疊式工藝，下圖為電極柱工藝

不過，卷繞式工藝在量產上會存在一定困難。因為這種要把晶片材料捲曲起來的辦法，對材料的韌性要求會更高。為此，該研究團隊將聚合物材料、金屬、介電材料層逐一塗抹到晶片表面上，最終制成了一種延展性更強的材料（如下圖 a 所示）。

在解決了大小和儲能兩方面問題後，在微型計算機上上片也就變得不那麼困難了。要知道，過去許多微型計算機、感測器的供電，要麼採用頻繁換電池的方法，要麼就是再加一個小型的“發電機”。

這些發電機可以使用動能、太陽能、熱能發電，但是對使用場景卻存在限制，比如人體內。研究人員認為，他們研製的這種可充電微電池，可以很好解決以上問題。

據介紹，研究團隊運用此方法，已經研製出可以為世界上最小的計算機晶片供電 10 小時的微型電池。同時這一技術也可應用在機器人系統、超柔性電子產品中。

通訊作者中兩位華人

領導這項研究的是奧利弗・施密特（Oliver G. Schmidt）教授，他是德國開姆尼茨工業大學材料、結構和奈米膜整合研究中心 (MAIN) 的研究主任。

就在不久前他還研發出了世界上最小的微電子導管，可以用於微創手術，對消除血栓、靶向用藥具有深遠意義。

Minshen Zhu 為本項研究的通訊作者之一，他博士畢業於香港城市大學，目前在奧利弗教授實驗室工作。

另一位通訊作者為中科院長春應化所研究員朱峰。他本科畢業於吉林大學物理系，之後於中科院長春應化所高分子物理專業攻讀博士。

論文地址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103641

參考連結：

https://techxplore.com/news/2022-02-world-smallest-battery-power-size.html