赖斯大学发明的这种纳米结构的锂电池与现在通用的锂电池相比,充电更迅速、电力也更充足。右侧的透射电镜图显示,纳米线被一种PMMA的多聚体包裹着。(图片来源:赖斯大学Ajayan实验室)
美国赖斯大学的科学家最近在微电池制造方面迈出了重要的一步,他们研发出一种结实的立体微电池,这种电池比普通的锂电池充电时间更短,其他性能也更为出色。这项成果可能为遥感、显示屏、智能卡、柔性电子器件以及生物医学设备等领域带来革命性的突破。
这种电池里有着垂直排列的镍—锡纳米线,这些纳米线外面均匀地包裹着一种叫做PMMA的多聚体材料,也就是我们俗称的有机玻璃。PMMA“外衣”能够让超薄电解质层稳定地环绕在纳米结构材料周围,从而使这项存在已久的难题终于得到了解决。
赖斯大学的Pulickel Ajayan及其实验室成员花了一年多的时间,找到了一种可靠的方法,能够将单根纳米线裹上一层平滑的PMMA基胶质电解质。PMMA的主要作用是绝缘,当电流通过时,它能保护里面的纳米线不受反电极的影响。研究者的这项工作在线发表在本周出版的《纳米快报》(Nano Letters)杂志上。
“在普通的电池里,通常会有一个很厚的隔离物将两个电极隔开。”该校机械工程与材料化学教授Ajayan说,“如果能将电池里的东西挨得尽可能近,就可以大大提高电化学效率。但这一直是个很大的挑战。”
Ajayan和他的同事认为,解决这个问题的敲门砖,应该是开发涂层纳米线。应用这种技术开发出来的具有伸缩性的微型器件,将会比普通的薄膜电池具有更大的表面积。“不过说句公道话,你不能用厚度来评判薄膜电池的好坏,因为这关系到锂离子动力学的速度快慢。”Ajavan说。
“我们想弄清怎样把用3D技术设计出来的电池落实到纳米级别的实物上。”Ajayan实验室的研究生Sanketh Gowda说,“通过提高纳米线的高度,我们可以在不改变锂离子扩散距离的同时,提高电池的储能量。”
“说实话,这种电池的3D概念设计早就出来了。”研究的带头人之一Arava Leela Mohana Reddy表示,“但是技术难点在于实际操作中,人们究竟能否给一段较长的纳米线裹上一层完美的PMMA外衣。即使一个很小的失误也会导致全盘失败。”
这项实验主要基于去年该实验室发表在《纳米快报》上的一项研究,当时研究小组研发出了一种共轴的纳米线电缆。
而在这项新的研究中,研究者使用电极沉积的方法,在一块阳极氧化铝模具的孔中造出了一条10微米长的纳米线。然后他们使用简单的化学蚀刻技术将模具上的孔扩大,并注入PMMA材料,将孔中的整条纳米线均匀地包裹起来。最后研究者用化学方法将成品从模具上洗了下来。
研究小组用这种纳米线造出了面积为1平方厘米的微电池,这种电池比相同电极距离的平板电池储能更多、充电更快。“电池是立体的,因此在同样的距离下能够传输更多的能量。”Gowda说。
研究小组还发现,有了PMMA“外衣”,电池的可充电次数也会增多,因为它能够使纳米线和液体电解质之间的隔离环境更加稳定。
最后,研究人员还验证了电池中另一个常见的问题。比如硅电极,它会随着锂离子的来回流动出现膨胀和收缩的现象,长时间体积的变化会损坏电极。那么这种循环效应对纳米线新电池的影响又如何呢?
电子显微图像显示,纳米线在经过了多次的充放电循环后,PMMA薄膜并没有出现破损的情况,甚至连一个小针眼都没有。研究人员认为包膜技术能够抵抗住电极体积的扩大,从而延长了电池的寿命。
关键字:微电池 纳米芯 充电时间
编辑:探路者 引用地址:微电池有颗纳米芯 充电时间更短性能更出色
推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:33
微逆龙头Enphase收入增长强劲,新增电池储能产能
微型逆变器供应商Enphase Energy公司公布了2021年四季度的强劲业绩,由于对其IQ微型逆变器的需求高企,公司的收入增长强劲。 尽管供应链受到限制,但与2021年三季度相比,IQ电池订单量猛增53%。为了应对电池需求的激增,公司在墨西哥和印度工厂都新增了产能。 在收入增长的同时,从去年开始,研发及营销方面的投资也大幅增加。公司希望打入电动汽车和预测软件领域,因而还在去年四季度进行了一些重要的收购。 根据2月8日发布的2021年四季度财报,在截至2021年12月31日的三个月间,Enphase获得了4.127亿美元收入,高于2021年三季度的3.515亿美元,比2021年三季度的创纪录收入跃升了17%。 尽管面临"供应链限
[新能源]
如何把握可充电池的充电时间
镍氢、镍镉电池充电时。如何保持在一个最佳的时间段内,以便既充满电又不发生过充电,是使用以上两种充电电池的使用者关心的问题。由于我们手中的充电器又大多不设有过充自停,故充电时间的把握就更为重要。充电时间估算方法是以电池容量除以充电器充电电流再乘以l到1.5,就是充电时间的小时数。如充电电池容量标为800mAh的电池,充电电流为100mA,充电8-12小时。即为充电的最佳时间。若低于8小时,电池可能充不满。
高于12小时太多。可能对电池造成损害。
若手中充电器无充电电流的标注又一时无法测量,可根据上面介绍的方法和所购充电器对某一容量电池充电时间段的说明,推算出充电器的充电电流。从而使该充电器适应所有容量的充电电池。如充电器
[电源管理]
沃特玛12V锂电池 为微混动力启动电源提供便利
从全混到纯动,再到如今蓬勃兴起的微混合动力系统,新能源汽车在节能环保领域的探索从未间断,从欧美汽车市场兴起的微混概念已开始深入中国。所谓微混合动力系统,是指带有发动机启停系统(Stop-Start)的混合动力系统。这是一种新型的发动机控制系统,它可以在汽车遇红灯或堵车时自动关闭发动机,当踩下离合器踏板(手动档)或松开制动踏板(自动档)时,发动机立即重新起动。将发动机起停系统(Stop-Start)应用在混合动力汽车上,通过控制发动机的起停,从而取消了发动机的怠速,降低了油耗和排放。
微混合动力汽车虽然不是新能源汽车开发的热门,但因其系统简单,成本低,同时又有不错的节能减排效果,受到众多汽车厂商的青睐,不断研发出新的车
[汽车电子]
镍锌电池在汽车微混系统中的应用
海拉集团近日与镍锌电池供应商PowerGenix签署了一份协议,共同研究镍锌电池在汽车48伏微混动力系统中的应用。
PowerGenix公司表示,高功率对于48伏微混系统来说非常重要,不过采用锂电池将提升系统成本和复杂度,从而限制其大规模应用。而镍锌电池则能够代替锂电池应用于该系统中,可实现低成本的同时达到系统性能指标。
海拉集团工程师Marc Nalbach表示,镍锌电池对于48伏微混系统具有独特的益处。本质上说,镍锌电池非常安全,同时能够实现与锂电池相同的减排效果,而且它的成本更低。
Lux Research研究公司2012年的一份针对微混/中混汽车的研究报告中预计,2012-2017年间微混
[汽车电子]
充电时间大幅缩短 东芝新电池技术进展
日本东芝于本周二宣布,其公司开发了一款新型锂离子电池,并计划在2020年开始大规模生产这款电池。以小型车为例,东芝称该电池充电6分钟即可为其提供320公里的最大续航里程,并且新电池相比普通电池寿命更长,长时间使用后衰减更小。 『东芝开发的新型锂离子电池原型』 新电池使用了稀有金属“铌”的氧化物来作为电池的负极材料之一,从而实现电池的高容量。此外,“铌”通常还被用作汽车钢材的添加剂,以提高耐久性。东芝公司表示,即便重复充电/放电5000次,新电池的容量衰减也不会超过10%,而电池的长寿命也会对二手电动车的保值率做出积极的贡献。 目前东芝在与铃木、三菱两家汽车公司合作,不过在日本,其影响力不及松下品牌,但东芝表示随
[汽车电子]
格芯发布为IBM系统定制的14纳米FinFET技术
格芯 (GLOBALFOUNDRIES)正在提供其为IBM的下一代服务器系统处理器定制的量产14纳米高性能(HP)技术。这项双方共同开发的工艺专为IBM提供所需的超高性能和数据处理能力,从而在大数据和认知计算的时代为IBM的云、商业和企业解决方案提供支持。IBM在9月13日宣布推出IBM Z产品。下面就随手机便携小编一起来了解一下相关内容吧。 14HP是业内唯一将三维 FinFET 晶体管架构结合在SOI衬底上的技术。该技术采用了17层金属层结构,每个芯片上有80多亿个晶体管,通过嵌入式动态随机存储器(DRAM)以及其它创新功能,达到比前代产品更高的性能、更低的能耗、以及更好的面积缩微效果,从而能够满足广泛的深度计算工
[手机便携]
微功耗IC延长监护仪电池寿命方案
本文介绍了一款利用微功耗IC实现的低功耗心率监护仪(HRM)。首先将给出HRM的定义,并介绍模拟前端,包括主信号链和其他用来实现特殊功能的电路;然后提供一种用于设计FIR(数字有限脉冲响应)滤波器的方法;最后,显示该HRM的实验结果,包括心率计算的精度和HRM的功耗。
许多因素决定了病患监护设备需要采用低电压和低功耗工作,因而需要采用低功耗、高精度的IC器件。其中一个因素是电池的持续使用:在Holter监护仪和其他的便携移动式心电图(ECG)系统中,电池已使用了数十年。作为唯一的电源,低压电池确保病人(以及设备)在故障条件下不会接触到高电源电压,因此必须使用低功耗IC,以便延长电池寿命。影响医疗保健用IC的另一个决定性因素是,市
[测试测量]
新型全息微电池 厚度只有10微米
在我们的生活中,已经习惯了各种不同种类的电池,从AA到AAA电池、以及各种计算器和手表使用的药片电池,以及智能手机使用的方形锂电池。而这些传统电池的体积都算不少轻薄,而对容量和产品的厚度也有非常大的限制。不过现在出现了一种全息微电池,它与传统的电池有非常大的不同,它的有厚度只有10微米,绝对算得上真正的“超薄”。
其实,研究人员和各大企业都已经有很长时间致力于下一代新型电池技术的研发,而这种全新的全息微电池非常值得关注。美国伊利诺伊大学的工程师团队近日正式对外展示了这种电池的原型,它的宽度只有2毫米,厚度只有10微米。
这种电池的面积只有4平方毫米,而性能衰减只有12%。研究人员表示,这种电池可以能够与当前
[医疗电子]