世界原本很大，但是随着技术的进步，世界各地的人们逐渐掌控了整个世界，世界也因此变小了。随着世界变小，人们对速度的要求也越来越快了，这其中也包括电子设备的充电时间。

       康奈尔大学工程学教授Ulrich Wiesner领导的校际合作项目使用一种新型的能量存储设备架构解决了这一需求，这种架构有可能达到闪电快速充电的能力。

       这个团队的想法是：不在不传导隔膜的两边安放阴极和阳极，而是使得各个组分在自我组装的过程中相互缠绕而形成三维螺旋结构，其中充满了成千上万个能完成能量存储和运输必要元素的纳米孔状结构。

       Wiesner说：“这是一个真正具有革命意义的电池结构”，他的论文发表在能源与环境科学杂志上。

3D电池结构的示意图(顶部，非等比例)，插入的阳极(灰色，负号)，隔膜(绿色)，阴极(蓝色，加号)，每个单元大约20纳米尺度。底部是各自的分子结构示意图。(图片由康纳尔大学提供)

       Wiesner 说：“这个三维结构基本上消除了电池中所有的能量损失，将各个相互影响的单元尺度缩小到纳米级别，大大提高电池的能量密度这正和我们所做的不谋而合。换一句话说，相对于传统的电池架构你可以在更短的时间内获得相同的能量。”

       这个概念的架构是基于块共聚物自组装，Wiesner团队已经在其他设备上使用了很多年，包括一个陀螺太阳能电池和一个陀螺超导体。Joerg Werner博士是该研究的主要作者，曾尝试过自组装的光子装置，并想知道同样的原理是否适用于碳材料的能量储存。

       碳的陀螺薄膜(电池的阳极)是由块共聚物自组装产生的，它有成千上万个周期性的宽约40纳米的气孔。通过电聚合在这些孔上涂覆一层10纳米厚的电绝缘但离子导通的隔膜，这个过程的本质产生了一个无针孔的隔膜层。

       这是至关重要的，因为像隔膜上类似孔洞的缺陷会导致灾难性的破坏，从而导致手机和笔记本电脑等移动设备起 火。

       下一步的计划是添加阴极材料，在这个方案中阴极材料是硫，在一定程度上，这并不能完全填满其余的毛孔。由于硫可以接受电子但不导电，因此最后一步是用电子导电聚合物(即PEDOT)进行回填。

       Wiesner说，虽然这种结构提供了原理的证明，但是也并不意味着没有挑战。即使PEDOT没有经历硫的体积膨胀，充放电过程中的体积变化也会使得PEDOT电荷收集器逐渐衰减。

       Wiesner说：“当硫膨胀的时候，这些小的聚合物将被撕成碎片，当硫再次收缩时聚合物不会重新连接。这意味着电池3D结构中的一部分将不会接触而无法使用。

       该团队仍在完善这项技术，但其原理验证工作已经申请了专利保护。