Des nanobatteries complètes sont formées dans chaque nanopore d'un réseau de nanopores dense (2 milliards par centimètre carré), utilisant le dépôt de couche atomique pour contrôler soigneusement l'épaisseur et la longueur des nanotubes concentriques multicouches, qui servent d'électrodes à chaque extrémité.
De minuscules batteries formées à l'intérieur des nanopores démontrent que des nanostructures correctement dimensionnées peuvent utiliser toute la capacité théorique du matériau de stockage de charge. Ces nanobatteries ont fourni efficacement leur énergie stockée à haute puissance (charge et décharge rapides) et pour des cycles prolongés.
Des structures précises peuvent être construites pour évaluer les principes fondamentaux du transport d'ions et d'électrons dans les nanostructures pour le stockage d'énergie et pour tester les limites des technologies de nanobatterie tridimensionnelles.
Batteries nanostructurées, lorsqu'il est correctement conçu et construit, promettent de fournir leur énergie à une puissance beaucoup plus élevée et une durée de vie plus longue que la technologie conventionnelle. Pour conserver une haute densité énergétique, les nanostructures (telles que les nanofils) doivent être disposées en "forêts de nanostructures denses, " produisant des nanogéométries tridimensionnelles dans lesquelles les ions et les électrons peuvent se déplacer rapidement. Les chercheurs ont construit des réseaux de nanobatteries à l'intérieur de milliards d'ordres, nanopores identiques dans un modèle d'alumine pour déterminer dans quelle mesure les ions et les électrons peuvent faire leur travail dans de tels environnements ultrapetits.
Les nanobatteries ont été fabriquées par dépôt de couche atomique pour fabriquer des nanotubes d'oxyde pour le stockage d'ions à l'intérieur de nanotubes métalliques pour le transport d'électrons, le tout à l'intérieur de chaque extrémité des nanopores. Les minuscules nanobatteries fonctionnent extrêmement bien :elles peuvent transférer la moitié de leur énergie en seulement 30 secondes de charge ou de décharge, et ils ne perdent que quelques pour cent de leur capacité de stockage d'énergie après 1000 cycles. Les chercheurs attribuent cette performance à une conception rationnelle et à une fabrication bien contrôlée d'électrodes nanotubulaires pour s'adapter aux mouvements d'ions entrant et sortant et à un contact étroit entre les tubes emboîtés minces pour assurer un transport rapide des ions et des électrons.
