想象一下，您手機中相同的可充電電池可以為需要10倍能量的裝置供電。 這種可能性可能比您想象的更接近現實。
麻省理工學院研究人員製造的一種電池展示了大約三分之一的充電容量增加，並且就其尺寸而言，功率輸出比傳統可充電鋰電池的預期高出10倍。 研究結果於昨天發表在《自然奈米技術》雜誌上。
該研究團隊由材料科學與機械工程副教授楊劭 horn 和麻省理工學院化學工程教授 Paula Hammond 領導，他們透過創造一種全新的電極實現了這一目標——在本例中，透過修改傳統電池的正極，即陰極。
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該合作始於研究生 Seung Woo Lee，他研究燃料電池，由楊劭 horn 和 Hammond 共同指導。 Lee 今年春天完成了他的博士論文答辯。
該團隊使用市售的碳奈米管——中空圓柱體，比人類頭髮細50000倍，但由碳原子組成——完全用分層鋪設的奈米管制造了陰極。
奈米管的大表面積使其比其他型別的碳（如石墨）儲存更多的電荷，但以前的電池製造方法往往會掩蓋這些表面。
使用暴露的表面可以儲存更多的電荷——增加容量——同時也可以讓這些電荷更容易遷移——增加功率。
這項研究的發現挑戰了關於電池陰極可以使用哪些材料的傳統觀念。 它還激發了關於如此強大的電池可以用於何處的討論。
迄今為止的小規模實驗
增加的功率輸出也使其成為一個出色的電容器，可以有效地儲存電荷並在需要時精確地傳遞能量。 楊劭 horn 說，他們的工作可能“導致一種裝置，其效能可以橋接電池和電化學電容器”。
到目前為止，該小組為這些實驗製造的最厚的陰極只有 3 微米——千分之三毫米。 與電極厚度約為 100 至 200 微米的傳統鋰離子電池相比，這非常小。
楊劭 horn 說，就目前的形態而言，他們的陰極“可能非常適合微電子裝置”。
但是，這些電池電容器在許多其他應用中也很有用，例如應急電源，“汽車、卡車和需要多次啟停迴圈的機械中的能量捕獲和動力輔助”，楊劭 horn 說。 成功擴大這種設計可以大大降低未來鋰離子電池的低效率。
然而，在展望這項新技術的未來時，楊劭 horn 更傾向於謹慎，稱他們才剛剛開始瞭解所涉及的潛在化學原理。
楊劭 horn 說：“需要進一步的工作”才能證明功率和能量效能在更厚的電極中得以保持。 這項研究的關鍵下一步是展示厚度為 50 微米的電極——比他們為實驗製造的電極大 10 倍以上。
下一階段是擴大規模
這樣做將使研究人員能夠測試碳奈米管的電氣特性是否可以成功地擴充套件到越來越大的厚度。 楊劭 horn 說，潛在地，“厚度沒有限制”。 但為了做到這一點，Hammond 在生物材料方面的專業知識將至關重要。
發表的論文中描述的用於製造 3 微米厚碳奈米管電極的逐層製造技術是一個非常耗時的過程。 對於每一層奈米管，都必須將樣品浸入充滿奈米管的溶液中。
然後，浸沒在溶液中的樣品必須放置 15 到 20 分鐘，讓重力緩慢地將奈米管下拉透過液體併到達樣品表面。 為了堆積足夠的層數以達到 3 微米的厚度，必須重複此過程約 400 次。
為了將分層過程提高到合理的、商業上可行的速度，Hammond 正在採用她開發的用於生產聚合物材料層的自動噴塗技術。
她說：“噴塗方法快 40 到 100 倍，”鋪設每一層新的奈米管只需幾秒鐘，而不是通常需要的 15 到 20 分鐘。 真正的考驗將是測試更厚的電極後到來。
楊劭 horn 小組的其他電池研究已在其他ClimateWire報道中重點介紹。
經 Environment & Energy Publishing, LLC. 許可，轉載自 Climatewire。www.eenews.net, 202-628-6500