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3倍容量硬币状锂电池问世即用沙子做阳极

发表日期:2018-06-05 18:10 点击量:
传统锂电池采用了石墨作为阳极,但人们普遍认为,这种材料的性能已经达到了极限,因此研究人员正在努力寻找潜在的替代品。尽管有不少研究将重点放在了纳米硅上,但是其仍然面临着量产难和退化快的问题。不过加州法学河滨分校的团队却成功地克服了这一难关,并开发出了利用沙子作为锂电池阳极的方法。加州大学河滨分校有一名叫扎卡里˙费佛斯(Zay Favors)的研究生,其致力于开发出更好的锂电池。当他在圣克莱蒙特(San Clemente)冲浪的时候,突然想到了沙滩上的沙子。而沙子又主要由石英(二氧化硅)组成,这促使他想要钻研得更深透一点。
为了找到石英比例较高的沙地,他逛遍全美并寻访了德克萨斯州的锡达河水库(Cedar Creek Reservoir),收集了一些沙样并带到了该校伯恩斯工程学院(Bourns College of Engineering)的实验室,这也是他与工程教授Cengiz和Mihri Ozkan所共事的地方。在将原料研磨到纳米尺度之前,需要经过一系列的纯化步骤(看起来像糖粉)——提纯研磨后的粉末与盐、镁共同加热——盐扮演了吸热剂的角色,而镁元素则会去除掉石英中的氧元素,从而提炼出纯硅。
更重要的是,在上述过程中,其形成了一致性的、具有多孔和三维海绵状的纯纳米硅。而孔隙又是改进电池阳极性能的关键——因为它提供了更大的表面积,并允许锂离子更迅速地行进。
该团队已经开发出了一颗硬币般大小、使用新型硅纳米阳极的成品。据说比传统锂电池有着更显著的性能(3倍电池容量),有助于减少移动电话的充电间隔、或者电动汽车等设备昂贵的更换费用。
目前,研究人员正在寻找量产方法,并把硬币大小的锂电池提升到手机电池那么大。该技术已经申请专利,详细内容已发表在《科技报告》(Scientific Reports)期刊上。
改写锂电池常规 新一代电池用碳作负极
近日,加拿大阿尔伯塔大学的科研小组对外公布,他们使用碳纳米管(CNT)研发出一种新电池,比现在广泛使用的锂电池充电更快、耐用性更持久。诱导崔博士补充道:“我们尝试使用了多种不同的材料。通常,碳被用作锂电池的正极,但是我们把碳用作负极,使用诱导氟化工艺制作电池。”
使用碳的优势是由于它的经济性和安全性,并且能量输出是目前锂电池的5—8倍。此外,这种新型电池的性能也优于还处在研发阶段的锂硫电池和锂空气电池。例如,诱导氟化技术可以用于生产快速充电、耐力更持久的手机电池。
崔博士说道:“以前,大家都不知道碳用作电池负极可以得到这么好的性能。这是我们技术的特别之处,在《自然科学报告》发表的论文中也进行了详细描述。这是一个漫长的研发过程,我们发现了碳的特殊性能,坚持试验了三年才得到现在的结果。”
崔博士现在是技术研发公司AdvEn Solutions的首席技术官。AdvEn Solutions公司计划在2014年年底前制作出电池样品,并研发三种电池满足不同的需求:第一种电池实现较高的输出功率和较长的使用周期;第二种电池实现快速充放电;第三种可实现高容量储能。
崔博士说道:“我们还有很多工作要做,但是我们相信这项技术在未来的商用前景会非常好。”
AdvEn Solutions公司隶属于阿尔伯塔大学化学材料工程系,目前计划再吸收若干个科研人并获得更多的资助。该公司最近刚和美国Lockheed Martin航空公司建立合作关系,计划为这种新技术的碳阴极研发阳极材料。 

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