(Phys.org) - Även om de är små, de är hårda. De mest kraftfulla batterierna på planeten är bara några millimeter stora, men de packar så mycket att en förare kan använda en mobiltelefon som drivs av dessa batterier för att starta ett dött bilbatteri-och sedan ladda om telefonen i ett ögonblick.

Utvecklad av forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign, de nya mikrobatterierna slår ut även de bästa superkondensatorerna och kan driva nya applikationer inom radiokommunikation och kompakt elektronik.

Under ledning av William P. King, saligprofessorn i mekanisk vetenskap och teknik, forskarna publicerade sina resultat i 16 april -numret av Naturkommunikation .

"Detta är ett helt nytt sätt att tänka på batterier, "Sa King." Ett batteri kan leverera mycket mer ström än någon någonsin trott. Under de senaste decennierna har elektroniken har blivit liten. De tänkande delarna av datorer har blivit små. Och batteriet har halkat långt efter. Detta är en mikroteknik som kan förändra allt detta. Nu är strömkällan lika högpresterande som resten. "

Med för närvarande tillgängliga strömkällor, användare har fått välja mellan kraft och energi. För applikationer som kräver mycket kraft, som att sända en radiosignal över en lång sträcka, kondensatorer kan frigöra energi mycket snabbt men kan bara lagra en liten mängd. För applikationer som kräver mycket energi, som att spela radio länge bränsleceller och batterier kan hålla mycket energi men släppa den eller ladda långsamt.

"Det finns ett offer, "sa James Pikul, en doktorand och första författare till tidningen. "Om du vill ha hög energi kan du inte få hög effekt; om du vill ha hög effekt är det mycket svårt att få hög energi. Men för mycket intressanta applikationer, särskilt moderna applikationer, du behöver verkligen båda. Det är vad våra batterier börjar göra. Vi tränger verkligen in i ett område i energilagringsdesignutrymmet som för närvarande inte är tillgängligt med teknik idag. "

De nya mikrobatterierna erbjuder både kraft och energi, och genom att justera strukturen lite, forskarna kan ställa in dem över ett brett spektrum på makt-mot-energi-skalan.

Batterierna har sin höga prestanda tack vare sin inre tredimensionella mikrostruktur. Batterier har två nyckelkomponenter:anoden (minussidan) och katoden (plussidan). Bygga på en ny snabbladdande katoddesign av materialvetenskapliga och tekniska professor Paul Brauns grupp, King och Pikul utvecklade en matchande anod och utvecklade sedan ett nytt sätt att integrera de två komponenterna i mikroskala för att skapa ett komplett batteri med överlägsen prestanda.

Med så mycket kraft, batterierna kan möjliggöra sensorer eller radiosignaler som sänder 30 gånger längre, eller enheter 30 gånger mindre. Batterierna är laddningsbara och kan ladda 1, 000 gånger snabbare än konkurrerande teknik-tänk dig att ta upp en kreditkort-tunn telefon på mindre än en sekund. Förutom konsumentelektronik, medicinska apparater, lasrar, sensorer och andra applikationer kan se framsteg inom teknik med sådana strömkällor tillgängliga.

"Alla typer av elektroniska enheter begränsas av batteriets storlek - tills nu, "King sa." Tänk på personlig medicinsk utrustning och implantat, där batteriet är en enorm tegelsten, och den är ansluten till itty-bitty elektronik och små trådar. Nu är batteriet också litet. "

Nu, forskarna arbetar med att integrera sina batterier med andra elektronikkomponenter, samt tillverkningsbarhet till låg kostnad.

"Nu kan vi tänka utanför boxen, "Pikul sa." Det är en ny möjliggörande teknik. Det är inte en progressiv förbättring jämfört med tidigare teknik; det bryter de normala paradigmerna för energikällor. Det gör att vi kan göra annorlunda, nya saker."

National Science Foundation och Air Force Office of Scientific Research stödde detta arbete. King är också ansluten till Beckman Institute for Advanced Science and Technology; Frederick Seitz materialforskningslaboratorium; mikro- och nanoteknologilaboratoriet; och avdelningen för el- och datorteknik vid U. av I.