美研究人員開發新型電池 充電只需數秒
日期：2024-11-25 09:34:02 作者：宏力精密鋼管 閱讀數：431伊利諾伊大學厄本那―香檳分校的研究人員新近開發出一款電池，可在幾秒鐘的時間內完成充電或放電，在現有手機和筆記本電腦上使用也能夠正常工作。
據環境新聞服務網(ENS)報道，該校材料科學和工程系教授保羅?布勞恩(Paul Braun)帶領的研究小組將電池負極設計成3D納米結構，既可保證超快速充電和放電，同時又能兼顧電池的儲能容量。
“我們的這個系統可以提供電池式的電力和電容般的功效。”布勞恩說。
“大多數電容器只能儲存很少的能量。它們可以快速放電，但儲能容量卻很小。”布勞恩解釋說，“大多數電池儲存的能量相當大，但卻不能快速地提供或接收能量。這(款電池)做到了二者兼顧。”
典型的鋰離子充電電池或鎳氫充電電池在快速充放電時性能會隨之降低。
布勞恩的研究小組發現，利用薄膜充當電池中的活性物質可以讓電池快速充電和放電，但與此同時，電池的儲能容量卻幾乎降為零，因為這種活性物質無法儲能。不過，如果將薄膜制成三維結構，則既可提高儲能容量，又能提供強大的電流。
這樣的性能有助于研制在幾秒鐘內充電的手機，幾分鐘內充電的筆記本電腦，以及高功率激光器和心臟除顫器。能夠大量儲能、同時快速放電和充電的電池也是軍事應用領域夢寐以求的。
布勞恩認為，這款新電池生來就是為電動汽車開發的，因為目前電動汽車發展面臨的局限就是電池的使用壽命短和充電時間長。
該新型3D電池結構的技術關鍵在于將可自我組裝的納米小球與薄膜相結合。
研究人員首先將納米小球覆蓋在一個基底的表面，并讓小球緊密組合在一起，形成一個格子框架。利用其他方法來建立這種統一的格子框架不僅耗時，也不現實，但這些廉價的小球可以自動排列到位。
然后，研究人員用金屬填充小球周圍的空間。當小球被熔化或溶解后，留下一個多孔的3 D金屬支架。利用電拋光工藝蝕刻掉支架的表面，就得到一個無邊框的框架結構。活性物質薄膜最后覆蓋于框架之上。
布勞恩解釋說，其結果是，這種雙連續電極結構擁有可以互相連接的微小通道，所以鋰離子可以快速移動;活性物質薄膜在擴散動力學方面表現優異;而金屬框架具有良好的導電性能。
研究小組同時展示了他們研制的鋰離子電池和鎳金電池。由于3D納米結構是通用的，因此任何可以覆蓋在金屬框架上的電池材料都能用于制造電池。此外，所有工藝流程在工業上都已經被大規模使用，因此布勞恩認為，該技術可以投入大規模生產。
“我們很高興它是普遍適用的，所以如果有人提出更好的電池材料，這個想法也能適用。”布勞恩說，“這無關于某一種具體的電池，而是一種新的思維模式：設計三維結構的電池以提高其性能。”
該研究得到了美國陸軍研究實驗室和美國能源部的支持，論文發表在《自然納米技術》網絡版上。