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    新納米微電池充電比鋰電池更快

    瀏覽量:1035  發布時間:2017-03-30

     賴斯大學發明的這種納米結構的鋰電池與現在通用的鋰電池相比,充電更迅速、電力也更充足。右側的透射電鏡圖顯示,納米線被一種PMMA的多聚體包裹著。 

    (圖片來源:賴斯大學Ajayan實驗室)
     
    美國賴斯大學的科學家最近在微電池制造方面邁出了重要的一步,他們研發出一種結實的立體微電池,這種電池比普通的鋰電池充電時間更短,其他性能也更為出色。這項成果可能為遙感、顯示屏、智能卡、柔性電子器件以及生物醫學設備等領域帶來革命性的突破。
     
    這種電池里有著垂直排列的鎳—錫納米線,這些納米線外面均勻地包裹著一種叫做PMMA的多聚體材料,也就是我們俗稱的有機玻璃。PMMA“外衣”能夠讓超薄電解質層穩定地環繞在納米結構材料周圍,從而使這項存在已久的難題終于得到了解決。
     
    賴斯大學的Pulickel Ajayan及其實驗室成員花了一年多的時間,找到了一種可靠的方法,能夠將單根納米線裹上一層平滑的PMMA基膠質電解質。PMMA的主要作用是絕緣,當電流通過時,它能保護里面的納米線不受反電極的影響。研究者的這項工作在線發表在本周出版的《納米快報》(Nano Letters)雜志上。
     
    “在普通的電池里,通常會有一個很厚的隔離物將兩個電極隔開?!痹撔C械工程與材料化學教授Ajayan說,“如果能將電池里的東西挨得盡可能近,就可以大大提高電化學效率。但這一直是個很大的挑戰?!?
     
    Ajayan和他的同事認為,解決這個問題的敲門磚,應該是開發涂層納米線。應用這種技術開發出來的具有伸縮性的微型器件,將會比普通的薄膜電池具有更大的表面積?!安贿^說句公道話,你不能用厚度來評判薄膜電池的好壞,因為這關系到鋰離子動力學的速度快慢?!盇javan說。
     
    “我們想弄清怎樣把用3D技術設計出來的電池落實到納米級別的實物上?!盇jayan實驗室的研究生Sanketh Gowda說,“通過提高納米線的高度,我們可以在不改變鋰離子擴散距離的同時,提高電池的儲能量?!?
     
    “說實話,這種電池的3D概念設計早就出來了?!毖芯康膸ь^人之一Arava Leela Mohana Reddy表示,“但是技術難點在于實際操作中,人們究竟能否給一段較長的納米線裹上一層完美的PMMA外衣。即使一個很小的失誤也會導致全盤失敗?!?
     
    這項實驗主要基于去年該實驗室發表在《納米快報》上的一項研究,當時研究小組研發出了一種共軸的納米線電纜。
     
    而在這項新的研究中,研究者使用電極沉積的方法,在一塊陽極氧化鋁模具的孔中造出了一條10微米長的納米線。然后他們使用簡單的化學蝕刻技術將模具上的孔擴大,并注入PMMA材料,將孔中的整條納米線均勻地包裹起來。最后研究者用化學方法將成品從模具上洗了下來。
     
    研究小組用這種納米線造出了面積為1平方厘米的微電池,這種電池比相同電極距離的平板電池儲能更多、充電更快?!半姵厥橇Ⅲw的,因此在同樣的距離下能夠傳輸更多的能量?!盙owda說。
     
    研究小組還發現,有了PMMA“外衣”,電池的可充電次數也會增多,因為它能夠使納米線和液體電解質之間的隔離環境更加穩定。
     
    最后,研究人員還驗證了電池中另一個常見的問題。比如硅電極,它會隨著鋰離子的來回流動出現膨脹和收縮的現象,長時間體積的變化會損壞電極。那么這種循環效應對納米線新電池的影響又如何呢?
     
    電子顯微圖像顯示,納米線在經過了多次的充放電循環后,PMMA薄膜并沒有出現破損的情況,甚至連一個小針眼都沒有。研究人員認為包膜技術能夠抵抗住電極體積的擴大,從而延長了電池的壽命。(來源:科學時報 丁佳)


    內容來源: 江蘇紅東科技有限公司

    本文網址: http://www.giswj.com/industry/84.html

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