自愈合技術,一種在可穿戴設備和機器人產業比較普遍的技術,將要使用在提高電池的壽命方面。
一組厄巴納伊利諾斯州大學的研究人員已經研發出一種新型電池,這種電池的陽極(帶陰電荷)使用的材料為硅納米復合材料。該團隊同時還開發出一種控制電池內部成分的方法,這種方法可以解決包括硅電池在內的一些常見問題。
航空航天工程學教授Scott White在一份聲明中說道,“這項技術對于自愈合材料的研究比較新鮮,因為這項研究主要應用在儲存能量的自愈材料上,這是一個完全不同的課題。我們要做的不是恢復材料的結構性能,而是修復材料儲存能量的能力。”
位于便攜式供電設備和電動汽車的鋰離子電池內的陽極,通常是由石墨粒子復合而成。這種材料使電池性能表現優異,但是隨著使用時間的增長,其充電時間也會越來越久。
材料科學與工程教授Nancy Sottos在一份聲明中說:“硅的含量比較高,因為含量高,我們的電池可以儲存更多的電能。但是如果膨脹收縮次數過多后,這種硅電池可能就會慢慢變成粉脫落。”除此之外,這種納米硅顆粒制成的電池陽極隨著時間的推移,一般不會有其他諸多問題。
說“電池經過一次又一次的充放電循環,最終將會失去儲存能力,這是因為電池內的硅顆粒開始從粘結劑上脫離。”
研究人員通過在硅納米粒子和聚合物修補劑之間,建立可逆化學鍵,不讓硅顆粒脫落,賦予硅陽極自愈能力,從而提高硅陽極的性能。即使經歷400次的充放循環,電池仍能保留最初產能的80%。
“這個重連化學鍵的動態過程本質上是把硅粒子和聚合物修補劑重新連接在一起,這也明顯改善了電極的長期表現。”Sottos說。
這種電池其能量密度也比較高,因此它比一般的石墨陽極電池可以儲存更多的電能。Sottos說:“能量密度越高越好。”“除此之外,為了儲存更多的電量,還可以選擇增加電池的數量,但這會大大增加電池的重量,尤其對電動汽車來說是一個很大的問題。”
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