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美科學家:基于納米線的電池材料可充電數十萬次
 

一直以來,電池的耗損速度過快,對于很多產品來說,都不甚愉快,如果電池能夠達到無需更換,那就太完美了,最近,有美國的研究人員發現,基于納米線的電池材料能夠重復充電數十萬次,可望實現幾乎無需更換的電池。

  美國加州大學爾灣分校(University of California,Irvine;UCI)的研究人員在進行基于納米線的電荷儲存機制研究時發現,其中所涉及的“線”(wire)是沉積的結構(僅以細長納米線形式呈現)。根據研究人員表示,這是一種純金的納米線,表面能以二氧化錳(MnO 2)涂覆或鑲嵌護套。該組件基本上是一種電容器,可在交錯的納米線數組之間形成電荷儲存電容,并懸浮于電解介質中。

  以相同的材料來看,使用納米線可提供較薄膜更高的電荷儲存。因為納米線比人類的發絲更細數千倍、而且具有高導電性,并具有較大表面積可供電子儲存與傳輸。純金納米線約240nm寬與35nm厚;外殼厚度約在143-300nm之間。根據先前的研究工作發現,這些細絲極其脆弱,不易妥善保持用于重復放電、充電或充放 電循環。因此,一般的鋰離子電池容易膨脹、變得脆弱,最后導致破裂。

  UCI研究人員在二氧化錳外殼涂覆純金納米線,并將該組裝包裹在以樹脂玻璃(Plexiglas)狀凝膠制造的電解質中,從而解決了這個問題。這種凝膠是聚酸甲酯(PMMA)與過氯酸鋰(LiClO 4:形成鋰離子電池的鋰離子來源)的組合,十分可靠且不易故障。

  主導這項研究的——UCI博士候選人Mya Le Thai在三個月內循環測試電極達20萬次,未檢測到任何電量或電力損耗,也無損于任何納米線。這項研究結果已經發表在美國化學學會(American Chemical Society)出版的最新一期《能源快報》(Energy Letters)中。

  UCI化學系主任Reginald Penner表示,“Mya一開始只是抱著好玩的心態,將極薄的凝膠完整涂覆在表面上,并開始進行充放電。她發現只需在納米線材料上涂覆這種凝膠,就能重復充放電數十萬次,而不至于損耗任何容量。”

  他并補充說,“這真的很厲害。因為電池通常最多經過5,000、6,000或7,000次充放電周期后就會整個壞掉而無法使用。”UCI研究人員所使用的結構特別采用高長寬比的納米線,以便揭露或放大任何可能發生的故障效應:然而,卻始終未曾出現。

  研究人員認為,這種凝膠將會塑化電池中的金屬氧化物,并賦予靈活性,以防止破裂。

  “該涂層電極能更有效保持原有形狀,使其成為一個更可靠的選擇,”Thai說,“這項研究證實納米線電池電極具有更長的使用壽命,讓我們得以真正實現這種長效電池。”

  這項研究并與馬里蘭大學(University of Maryland)先進能源研究中心(Energy Frontier Research Center)電能儲存納米結構(NEES)計劃合作,同時獲得了美國能源部(DoE)基礎能源科學部的資金贊助。

 

 
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