康奈尔大学的研究团队由材料科学与工程系的Spencer T. Olin工程学教授Ulrich Wiesner领导，致力于解决具有闪电般快速充电潜力的电池的需求。
该技术背后的想法是：“与其将电池的阳极和阴极置于不导电的隔板的两侧，不如将它们缠绕成自组装的3D螺旋形结构，并用成千上万的纳米孔填充能量所必需的组分存储和交付”。
Wiesner说：“这确实是一种革命性的电池体系结构，” Wiesner小组的论文“嵌段共聚物衍生的3-D互穿多功能螺线型纳米复合材料用于电能存储”，于5月16日在皇家学会出版的《能源与环境科学》上发表。化学。
Wiesner说：“这种三维架构基本上消除了设备死体积带来的所有损失。” “更重要的是，像我们所做的那样，将这些互穿域的尺寸缩小到纳米级，可以使您获得更高的功率密度。换句话说，与传统的电池架构相比，您可以在更短的时间内获得能量。”
那有多快？威斯纳说，由于电池元件的尺寸缩小至纳米级，“当您将电缆插入插座时，只需几秒钟，甚至更快，电池就可以充电了。”
这种3D电池的概念基于嵌段共聚物自组装，他们将其用于其他电子设备，包括回旋太阳能电池和回旋超导体。这项工作的主要作者约尔格·沃纳（Joerg Werner）对自组装滤膜进行了试验，并想知道该原理是否可以应用于储能的碳材料。
螺旋状的碳薄膜（由嵌段共聚物自组装产生的电池阳极）具有成千上万个周期性的孔，其宽度约为40纳米。用电聚合方法将10纳米厚的孔进一步涂覆，这些孔是电绝缘的，但通过电聚合法涂覆了离子导电隔离物，通过这种方法的本质，它可以形成无针孔的隔离层。而且，绝对这些缺陷（例如隔板上的孔）可能会导致灾难性故障，从而导致手机和笔记本电脑等移动设备着火。
转到第二步，这是添加阴极材料。在这种情况下，添加适量的硫不能充分填充剩余的毛孔。但是，硫可以接受电子，但不导电。最后一步是用一种导电聚合物回填，这种聚合物称为PEDOT（poly）。
维斯纳说，尽管这种架构提供了概念证明，但并非没有挑战。电池放电和充电过程中的体积变化会逐渐使PEDOT电荷收集器退化，而不会像硫磺那样经历体积膨胀。
“当硫膨胀时，”维斯纳说，“您将这些少量的聚合物撕开，然后当它再次收缩时，它不会重新连接。这意味着您将无法使用其中的3D电池。”
该团队仍在尝试完善该技术，但已在概念验证工作中为患者提供保护。这项工作得到了CORNELL的能源材料中心的支持，并得到了美国能源部和美国国家科学基金会的资助。