鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2632次 | 2018年06月08日
新型鋰電池自行修復(fù)
伊利諾斯大學(xué)(UniversityofIllinois)的科學(xué)家相信,他們偶然獲得了一項(xiàng)突破,最終可能促成開(kāi)發(fā)一種鋰離子電池,這種電池就像人體的某些部分,實(shí)際上可以自行修復(fù)本身的損傷。
研究人員采取措施,更深入地了解可充電的鋰離子電池,這種電池用于一些日常用的物品,比如手機(jī),筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī),他們發(fā)現(xiàn),這些電池往往會(huì)退化,隨著時(shí)間的推移就會(huì)這樣。
斯科特?懷特(ScottWhite)是伊利諾伊大學(xué)的材料工程師,他說(shuō):“有許多不同類型的退化會(huì)發(fā)生,修復(fù)這種退化可以幫助我們制備更持久的電池?!睉烟芈暦Q,鋰離子電池的陽(yáng)極充電時(shí)會(huì)膨脹,放電周期就會(huì)收縮,這種陽(yáng)極最終會(huì)出現(xiàn)裂縫,而且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,就會(huì)導(dǎo)致電池失效。
經(jīng)過(guò)廣泛的測(cè)試,伊利諾斯大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),植入微小的自我修復(fù)型聚合物,就植入石墨陽(yáng)極,撕開(kāi)并釋放銦鎵砷化物(indiumgalliumarsenide),這種化合物是一種液體金屬合金,這樣,那些微觀裂縫在陽(yáng)極中就可被填滿,從而恢復(fù)電流,這樣就修復(fù)了鋰離子電池,并有可能延長(zhǎng)其使用壽命。
損壞的電池,或者會(huì)有短路發(fā)生在組成部分之間,這就可能出事故,而不僅僅是縮短使用壽命。失去控制的電流我們已經(jīng)知道會(huì)形成發(fā)熱點(diǎn),并引起熊熊烈火。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“這不是一個(gè)普遍的現(xiàn)象,但是當(dāng)它發(fā)生的時(shí)候,后果就嚴(yán)重了,”懷特說(shuō)。電池火災(zāi)已促使筆記本電腦召回,戴爾和惠普都發(fā)生過(guò),美國(guó)交通部提出了更嚴(yán)格的規(guī)則,以規(guī)范貨運(yùn)飛機(jī)運(yùn)輸大批量鋰離子電池。
為了防止這種類型的故障,懷特開(kāi)發(fā)了第二種類型的微型球,制備采用的是固體聚乙烯(polyethylene),這是一種便宜和廣泛使用的塑料。少量的這種微型球嵌入陽(yáng)極和其他電池組件,功能上就可以作為一種安全的保險(xiǎn)開(kāi)關(guān)。如果溫度在電池內(nèi)部上升,超過(guò)105°C,這種微型球就會(huì)融化,進(jìn)入薄層的絕緣材料,切斷電流,防止火災(zāi)。
“我們已經(jīng)測(cè)試了這一點(diǎn),用的是實(shí)際電池,”懷特說(shuō),他的研究是由美國(guó)能源部資助?!靶Ч芎?。”他說(shuō),這種安全特性有益于市場(chǎng)上新興的電動(dòng)汽車。
“鋰離子電池將繼續(xù)成為實(shí)用的技術(shù),在未來(lái)10至15年都會(huì)用于電動(dòng)汽車,”克里斯汀?佩爾松(KristinPersson)說(shuō),他是加利福尼亞州(California)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)的,他正在尋求一種新的電池材料,不僅具有更好的能量存儲(chǔ),而且也可以避免傳統(tǒng)電池的一些缺陷。他說(shuō):“至少需要那么長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)新的材料?!?/p>
一直以來(lái),手機(jī)電池技術(shù)的發(fā)展便落后于手機(jī)技術(shù)。智能手機(jī)已經(jīng)達(dá)到令人吃驚的先進(jìn)程度,而電池卻相對(duì)比較古老。隨著美國(guó)伊利諾斯州大學(xué)的科學(xué)家研制出一種超級(jí)微電池,這種落后從此成為過(guò)去。這種微電池的功率是鋰電池的1000倍,理論上充電所需時(shí)間不到一秒鐘。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
伊利諾斯州大學(xué)科學(xué)家研制的新型微電池功率是當(dāng)前鋰電池的1000倍,為未來(lái)研制充電時(shí)間不到一秒的智能手機(jī)鋪平了道路。研究領(lǐng)導(dǎo)人威廉-金表示:“這是一種全新的電池,將改變?nèi)藗儗?duì)電池的認(rèn)知。這種電池的輸出功率超過(guò)任何人的想象。最近幾十年,電子元件的尺寸越來(lái)越小,電腦的思考用元件也越來(lái)越小,而電池技術(shù)卻一直被落在后面。微技術(shù)將改變這一切。采用微技術(shù)的電池先進(jìn)程度將與其他元件不相上下?!?/p>
一直以來(lái),用戶不得不在功率和電量之間做出選擇。對(duì)于需要很大功率的用電設(shè)備,例如遠(yuǎn)距離傳送無(wú)線電信號(hào),電容器雖然能夠快速釋放電量,但只能存儲(chǔ)少量電量;對(duì)于需要很多電量的用電設(shè)備,例如長(zhǎng)時(shí)間播放收音機(jī),燃料電池和其他電池雖然能夠容納很多電量,但需要很長(zhǎng)時(shí)間充電。
研究論文第一作者、伊利諾斯州大學(xué)的研究生詹姆斯-皮庫(kù)爾表示:“我們總是要做出犧牲。如果希望獲得較多的電量,你就不能獲得較高的功率;如果希望獲得較高的功率,就很難獲得較多的電量。對(duì)于一些非常有趣的電器,尤其是現(xiàn)代電器,你需要做到二者兼得。這也是我門研制新型電池的出發(fā)點(diǎn)。我們打造的電量存儲(chǔ)設(shè)計(jì)是此前未曾有的。”
新型微電池的結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)電池,能夠做到高電量和高功率二者兼得。研究人員對(duì)這種電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,在功率和電量之間實(shí)現(xiàn)更好的平衡??茖W(xué)家表示新型微電池的高性能要?dú)w功于內(nèi)部的三維微結(jié)構(gòu)。與所有電池一樣,新型微電池?fù)碛袃蓚€(gè)基本組件,即陽(yáng)極和陰極。
新型微電池采用伊利諾斯州大學(xué)教授保羅-布勞恩設(shè)計(jì)的新型快速充電陰極。金和皮庫(kù)爾研發(fā)了與之相對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極以及一種在微尺度下將二者集合在一起的方式,讓最后研制的電池?fù)碛袠O高的性能。對(duì)于需要較高功率的用電設(shè)備,這種電池能夠讓傳感器或者無(wú)線電信號(hào)的有效工作距離達(dá)到此前的30倍,體積縮小30倍。
新型微電池的充電速度是其他電池技術(shù)的1000倍。理論上說(shuō),一部信用卡厚度的手機(jī)所需充電時(shí)間不到一秒鐘。除了消費(fèi)型電子設(shè)備外,醫(yī)學(xué)設(shè)備、激光器、傳感器以及其他用電設(shè)備都能因?yàn)檫@項(xiàng)電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛躍。金說(shuō):“一直以來(lái),所有電氣設(shè)備都受到電池尺寸的限制。想象一下,私人醫(yī)學(xué)設(shè)備和植入物——當(dāng)前使用的電池都是大塊頭——采用微小的電子元件和電線。現(xiàn)在,電池的尺寸也可以變得非常微小?!?/p>
目前,研究人員正試圖將新型電池與其他電子元件集合在一起,同時(shí)降低生產(chǎn)成本。皮庫(kù)爾表示:“我們現(xiàn)在可以跳出盒子思考。這是一種新型技術(shù),而不是此前技術(shù)的改進(jìn)。它打破了電源的正常模式,允許我們?cè)O(shè)計(jì)全新的設(shè)備?!?/p>
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