世界最小微型电池与南极积雪融化研究

作者: 环球科学

来源: 环球科学

发布日期: 2022-02-23

文章介绍了世界上最小的微型电池的研发及其在硅片上的批量生产技术,以及黑碳对南极洲积雪融化的影响。

世界上最小的微型电池比盐粒还小,且能在一个硅片上批量生产。图片来源:TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresden。如今电脑等电子器件变得越来越小型,因此亟需发展与器件相容的更小的微型电池。目前,微型电池的集成主要利用的是湿化学法,其中电极、黏合剂等材料需要被处理为泥浆状,而且这种方法集成后的电池的面积往往大于1平方毫米。

近日,一项发表于《先进能源材料》的研究通过一种叫做“瑞士卷”的方法,制备出了小于1平方毫米、比盐粒还要小的微型电池。这种“瑞士卷”法的过程简单来说,是将微型的集流体和条状的电极卷起来。研究人员在硅片上逐层涂覆薄薄的聚合物、金属和绝缘材料,由于这种分层系统存在内部应力,因此薄膜会发生剥离来释放应力,这时薄膜会发生自动卷曲,从而形成类似瑞士卷的结构,即无需外力就能自卷曲成圆柱体微型电池。

此外,这种方法还与现在芯片制造技术兼容,因此能在硅片上高通量制备这种微型电池。研究人员还发现这种可充电的微型电池能为类似尺寸大小的微型芯片供能10小时,因此比盐粒还小的微型电池有望用在未来的微型和纳米级电子器件上。

化石燃料和生物质燃烧会产生黑碳,这些黑碳会吸收光线,让大气升温。如果黑碳落在雪上,热量就无法散发,融雪也会增加。近几十年,人类在南极洲的活动日渐频繁,局部黑碳排放的影响也可能随之加剧。

近日,《自然·通讯》发表的一篇论文指出,在南极洲受人类活动影响最严重的地区,每年夏季黑碳或导致积雪减少23毫米。研究人员在南极半岛北部一段2000千米长的土地上采集了雪样,并检测了这些雪样的黑碳浓度,采样区涵盖了游客活动和科学考察最活跃的地点,以及一些更偏远的地区。结果表明,科考设施和旅游区周围的雪样中含有的黑碳比偏远地区的雪样更多。经计算,在受影响严重的地区,黑碳每年夏季会让积雪减少23毫米。

研究人员估计,在2016-2020年,平均每年旅游季有53 000名游客抵达南极洲,并认为每位游客贡献的黑碳量或在夏季平均导致约83吨雪融化。研究人员认为,人们应当通过各种方式减少南极洲的黑碳积累,比如使用更清洁的能源、使用混合动力或电动轮船和限制游客数量,以减轻人类活动给南极洲环境带来的负担。

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