帶有互穿陽極（灰色，帶負號），隔離器（綠色）和陰極（藍色，加號）的3D電池架構（頂部;不按比例）的渲染，每個尺寸約20納米。以下是它們各自的分子結構。
這個世界是一個很大的地方，但隨著技術的出現，這個世界變得越來越小。隨著世界縮小，它還要求事情發生得更快 - 包括為電子設備充電所需的時間。
由材料科學與工程系Spencer T. Olin工程教授Ulrich Wiesner領導的跨學校合作以一種新型儲能裝置架構滿足了這一需求，這種架構具有快速充電的潛力。
該集團的想法是：不是將電池的陽極和陰極放在不導電分離器的兩側，而是以自組裝3D螺旋結構與成千上萬納米級孔隙填充儲存和傳輸所需組件的納米級孔隙交織在一起。
Wiesner說：“這確實是一種革命性的電池結構，”該組織的論文“Block Copolymer衍生的3-D互穿多功能Gyroidal Nanohybrid用於電能存儲”於5月16日出版於能源與環境科學雜誌，英國皇家學會出版物上。
Wiesner表示：“這種三維架構基本上消除了設備中死區的所有損失。“更重要的是，像我們一樣，將這些相互滲透的域的尺寸縮小到納米級，可以為您提供更高的功率密度。換句話說，您可以比傳統電池架構通常使用的時間短得多。“
那麼究竟有多快？Wiesner說，由於電池元件的尺寸縮小到納米尺寸，“當你將電纜插入插座時，在幾秒鐘內，甚至更快，電池將被充滿電。”
這一概念的架構基於嵌段共聚物自組裝，Wiesner集團多年來在其他設備中使用，包括螺旋型太陽能電池和螺旋型超導體。Joerg Werner博士作為這項工作的主要作者，曾試驗過自組裝過濾膜，並想知道是否可以將相同的原理應用於儲能碳材料。
碳的螺旋薄膜—由嵌段共聚物自組裝產生的電池陽極—具有40納米寬的數千個週期性孔隙。然後通過電聚合將這些孔用10納米厚的離子導電分離器塗覆以保證絕緣，從而產生了無間隙分離層。
這一點至關重要，因為分離器中的孔洞等缺陷會導致災難性故障，從而導致移動設備（如手機和筆記本電腦）發生火災。
下一步是添加陰極材料 - 在這種情況下，硫的含量不能完全填充其餘的孔隙。由於硫可以接收電子但不導電，因此最後一步是用電子導電聚合物回填 - 稱為PEDOT（聚[3,4-亞乙基二氧噻吩]）。
Wiesner表示，雖然這種架構提供了概念證明，但這並非沒有挑戰。放電和電池充電過程中的體積變化會逐漸降低PEDOT電荷收集器的性能，但不會影響硫的體積膨脹。
“當硫磺膨脹時，”Wiesner說，“會將這些小塊聚合物撕裂開來，然後當它再次收縮時不會重新連接。這意味著有3D電池的碎片，這些部位將無法繼續使用。“
該小組仍在完善該技術，但已經申請了概念驗證工作的專利保護。
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