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电池新科技 充电15分钟可用1周

时间:2017-06-14 17:44:22 浏览量:1106 字号:

   手机电池不经用一直是困扰我们的问题,最近美国西北大学一个工程师团队研制了一种可反复充电的锂离子电极电池,竟能够在短短15分钟内充完电并能够持续用上一周!这种技术不仅令充电速度提高了10倍,还能让电池容量增大10倍。
研究者们主要是结合两种化学技术,突破了两个主要的难题:储电量和充电次数。除了用于手机和ipod,这种新技术还有望用于发明出效能高、体积小的电动汽车电池。研究者们说,在未来3-5年内,这种电池就可能推向市场。目前关于这项发明的论文已发表在《高级能量材料》期刊上。美国能源部的能源前沿研究中心也正在支持这一研究。
锂离子充电是通过锂离子在电池内正极和负极两端之间传送产生化学反应来完成的,当电池内的能量被使用时,锂离子就会通过电解液,从正极游向负极。当电池在充电时,它们又会向相反的方向游动。研究人员发现,电池的充电速度实际上受碳层结构的阻碍:碳层是非常地薄的,只有一个碳原子直径的厚度,但是碳层边缘至中心的距离却比较长。充电时,锂离子必须先沿着碳层的边缘游动才能进入碳层中间。正是由于这个过程需时过长,一部分锂离子可能会因为“交通阻塞”而滞留在碳层边缘,所以充电时间才会更久。
研究团队尝试用硅取代碳。因为硅能容纳更多的锂原子:每个硅原子能容纳4个锂原子。然而,硅在充电的过程中会膨胀扩大,迅速分裂后导致电量流失。他们又尝试将硅稳定住,以此保持最大储电量,再将硅夹在碳层中间,这样就能利用硅的灵活性,让电极中锂原子的容量增大。
研究人员说:“加入硅了以后,电池能量密度增大,并且由于硅的膨胀特性,也大大减少碳层中能量的流失。”他们还利用化学氧化过程,在碳层中打了一个几乎微不可见的小孔,命名为“平面间隙”,这样就为锂离子进入正极开辟出一条“捷径”,使电池的充电时间缩短了10倍以上。论文的主要作者哈罗德·H·孔说:“哪怕一年内充电150次以上或是做更多的操作,这种电池仍然比目前市面上的锂电池能量高出5倍以上。”
但目前这项研究完全是针对电池正极的,研究者们之后还将着手研究负极,以进一步提高电池的效率。他们还对正在发展中的电解液系统学科进行研究,希望使电池能在高温环境中自动停止工作。

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