现代手机内部有数十亿个纳米级开关，它们通过开合来使手机正常工作。这些被称为晶体管的开关，由一块电池供电的电信号控制。这种由一块电池为多个组件供电的配置，对当今的技术而言运行良好，但仍有改进空间。信号每次从电池传送到某个组件时，都会在途中损失一部分电能。若为每个组件配备独立电池，将是更理想的方案，能够最大限度减少能量损耗并延长电池寿命。然而，在当前的科技领域，电池还不够小，无法实现这种配置——至少目前还做不到。
如今，麻省理工学院林肯实验室与麻省理工学院材料科学与工程系在开发纳米级氢电池方面取得了进展，这种电池采用水分解技术。研究人员希望借助这些电池实现更快充电、更长使用寿命，并减少能量浪费。此外，这些电池在室温下相对容易制造，并且能够在物理结构上适应特殊的需求。
“电池是我们在实验室中遇到的最大难题之一，”林肯实验室先进传感器与技术小组的成员、本项目首席研究员拉乌尔·乌埃德拉奥戈（Raoul Ouedraogo）说道。“市场对超小型传感器有着强烈需求，其尺寸可以缩小到人类头发丝的粗细。我们能够制造这类传感器，但很难找到如此小的电池。目前的电池可以是硬币形的纽扣电池、管状，或者厚度仅为厘米级的薄片。如果我们有能力以低成本将自制电池制成任意形状或几何结构，这将为大量应用打开大门。”
该电池通过与周围空气中的水分子发生作用来获取电荷。当水分子接触到电池外层活性金属部分时，会被分解为其组成部分——一个氧分子和两个氢分子。氢分子被困于电池内部，并可储存起来，直至需要使用。在这种状态下，电池即处于“充电”状态。若要释放电荷，反应则逆向进行：氢分子穿过电池的活性金属部分重新回到外部，并与周围空气中的氧气结合。
迄今为止，研究人员已制成厚度为50纳米的电池，比人类头发丝还要薄。他们还证明，电池的面积可以从厘米级缩小到纳米级。这种可缩放的能力使电池能够方便地集成在纳米和微米级的晶体管附近，或毫米和厘米级的组件及传感器附近。
“这项技术的一个实用特点在于，氧化物层和金属层可以非常轻松地图案化为纳米级的定制几何结构，从而便于为特定应用构建复杂的电池图案，或将其沉积在柔性基底上，”参与本项目的实验室化学、微系统与纳米技术小组工作人员安妮·韦瑟斯（Annie Weathers）说道。
这些电池还展现出比目前大多数常用电池高两个数量级的功率密度。功率密度越高，意味着单位电池体积所能输出的功率越大。
“我认为这个项目之所以能够成功，是因为我们中间没有人是电池专家，”乌埃德拉奥戈说道。“有时候，需要外部人员才能看到新的可能性。”
目前，水分解技术主要用于大规模工业制氢。本项目将是首次将该技术应用于制造电池，且规模要小得多。
该项目由林肯实验室的技术办公室能源计划提供资助，目前已进入第二阶段开发，其中包括进一步优化电池性能并将其与传感器集成。
