科學家們一直在尋找更加輕便高效的電池，如今已經已經取得重大進展：他們制作出一種小電池，由十億個納米孔，或者說是能產生電流的微孔組成。

微型化在電池研發的方面是一件大事，人們一直在追求能夠儲存更多能量的電池，為汽車、建筑和個人電子設備供電。

直徑只有人類頭發八萬分之一的納米電池將帶給人類光明的前景。它們將促進電動汽車和再生能源的發展。電動汽車一直苦于短暫的續航能力，而再生能源在無風和沒有日照的時候，則需要存儲的能量來維持運轉。

而最新的突破：“納米孔”則是微型化所達到的極致。它是一種陶瓷薄片上的孔洞，還沒有一顆鹽粒大。它包含了電池產生電流必須的所有組件。十億個這樣的孔洞，以蜂巢狀排列在一起，和一張郵票差不多大。

這種極小的電池不負眾望。據馬里蘭大學的研究者說，它充滿電只要12分鐘，可以反復充電上千次。上周他們把這項研究發表在同行評審期刊《自然納米科技》上。

“我們被它的性能震驚了。”研究的合著者、化學博士研究生EleanorGillette表示。她把這種快速充電的能力歸結為電流需要運動的距離很短。她認為納米級電池能夠使得制造商在有限的空間內集成進更多的電池。

阿貢國家實驗室的聯合能源存儲研究中心主任GeorgeCrabtree說：“這看起來是一個重大進步。”他認為納米孔技術帶來了成倍的優勢。因為納米孔都是完全相同的，一旦研究者確定最佳尺寸，就可以保證穩定的結果，這將使大規模使用電網更有前途。

Crabtree表示，這類電池，就像最近在納米技術方面的其他進展一樣，在十年前還是完全不可能的事情。盡管過去15年來，這個領域已經已經有了很大進步，但直到最近才剛剛在電池蓄能上得到應用。這為電池世界的變革打開了一道門。

微型電池將帶來綠色能源革命這是顯微鏡中的畫面：幾百萬個納米孔擠在一個郵票大小的電池中。

推動電池技術更好的發展

這項技術所蘊含的利益是巨大的。電動汽車和再生能源被譽為氣候變化的解決之道。它們需要價格更便宜、性能更出色的電池，才能夠獲得廣泛的應用。而公用事業也依賴于間歇性能源，風能和太陽能是其電力的主要來源，它們需要后備電力供應。

因此，這項科技競賽在校園、創業公司積極展開，甚至連通用電氣、IBM和豐田這樣的巨頭企業也參與進來。它們要制造一種電池，能夠取得重大突破，而不是鋰電池那樣的漸進式提高。行業領袖在20世紀70年代就開發出了鋰電池，并在20年后將其市場化。

部分研究者得到美國能源部提供的資金。他們努力開發和改進了幾種通過化學反應產生電力的電池。大多數電池都有三個基本組成部分：電解液提供電子，陽極釋放電子，而陰極接受電子。

根據納米級的材料和結構，科學家試圖在分子級層面上確認最佳的尺寸。

例如，去年南加利福尼亞大學研究者研發出一種新型鋰離子電池，用多孔硅納米顆粒取代了傳統的石墨陽極。這個由周崇武（ChongwuZhou）帶領的團隊表示，比起石墨材質電池，他們的電池可以存儲三倍多的電能，而且十分鐘內就能完成充電。

馬里蘭大學納米中心的管理者、工程學教授GaryRubloff表示：“納米化是獲得高能量之路。關于怎樣制造電池，納米級電池展示出了多種不同的替代方案。”

市場化的潛在挑戰

然而，把這項研究商業化卻不容易，也許需要很長時間。目前納米級電池的很多材料或者組件都過于昂貴，只能作小型應用。

“對于這個領域來說，開發這類電池是一項重大挑戰，而且存在很多問題，”來自伊利諾伊大學香檳分校的PaulBraun和RalphNuzzo在評價馬里蘭大學的研究成果時這樣寫道。

而且，石油和天然氣的低價也消減了對可再生能源的需求，如風能和太陽能，它們都需要電網級的備用電源。

JamesTour說：“可再生能源現在很難和石油、天然氣競爭。部分困難在于經濟。”他是得克薩斯州休斯敦市萊斯大學的材料科學和納米工程學的教授。他的研究團隊創造了一種新的材料，由無數生長在石墨烯上的碳納米管組成，能夠大幅提高能源存儲。

德克薩斯州的Xidex公司和以色列的石墨有限公司正基于萊斯大學的技術，開發一種新型電池。這種技術能在幾分鐘內給智能手機充滿電。Tour說：“這種電池三年內就可以出現在市場上。”

斯坦福大學的教授崔屹（YiCui）認為，他的團隊需要三到五年時間才能把一種新型電池市場化。團隊成員包括美國前能源部長朱棣文（StevenChu）。他們的電池被吹捧為“純鋰電池”，在電解質和陽極里都用了鋰，普通電池用的是石墨或硅。

崔屹的團隊發現了一個常見問題的解決方案：當鋰被放到陽極時，會比其他材料膨脹得更厲害，甚至會耗盡電解液。為了防止這一現象，他們做了“納米微球”，即一種蜂窩狀的微觀層，可以產生一種靈活的無電抗性薄膜，把鋰阻隔開來。

今年7月，朱棣文在一則聲明中聲稱，他們團隊的電池有潛力把手機電池的壽命延伸三倍，讓電汽車行駛300英里。

崔屹在研究商業化方面有一定的經驗。他創立了安普留斯公司，產品是一種新型長效鋰離子電池。這是一家硅谷創業企業，朱棣文是董事會成員之一。

盡管最初的鋰離子電池投入市場花了二十年，Crabtree認為，目前的關注點在能源存儲——以及納米科學的好處——他預測這個過程會用到五到十年時間。

“現在正是把握機會的時刻。人類有機會加速創新的步伐。”