鉅大LARGE | 點擊量：2628次 | 2018年06月08日
新型鋰電池自行修復(fù)
伊利諾斯大學(xué)（UniversityofIllinois）的科學(xué)家相信，他們偶然獲得了一項突破，最終可能促成開發(fā)一種鋰離子電池，這種電池就像人體的某些部分，實際上可以自行修復(fù)本身的損傷。
研究人員采取措施，更深入地了解可充電的鋰離子電池，這種電池用于一些日常用的物品，比如手機，筆記本電腦和數(shù)碼相機，他們發(fā)現(xiàn)，這些電池往往會退化，隨著時間的推移就會這樣。
斯科特?懷特（ScottWhite）是伊利諾伊大學(xué)的材料工程師，他說：“有許多不同類型的退化會發(fā)生，修復(fù)這種退化可以幫助我們制備更持久的電池。”懷特聲稱，鋰離子電池的陽極充電時會膨脹，放電周期就會收縮，這種陽極最終會出現(xiàn)裂縫，而且經(jīng)過一段時間，就會導(dǎo)致電池失效。
經(jīng)過廣泛的測試，伊利諾斯大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，植入微小的自我修復(fù)型聚合物，就植入石墨陽極，撕開并釋放銦鎵砷化物（indiumgalliumarsenide），這種化合物是一種液體金屬合金，這樣，那些微觀裂縫在陽極中就可被填滿，從而恢復(fù)電流，這樣就修復(fù)了鋰離子電池，并有可能延長其使用壽命。
損壞的電池，或者會有短路發(fā)生在組成部分之間，這就可能出事故，而不僅僅是縮短使用壽命。失去控制的電流我們已經(jīng)知道會形成發(fā)熱點，并引起熊熊烈火。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“這不是一個普遍的現(xiàn)象，但是當(dāng)它發(fā)生的時候，后果就嚴(yán)重了，”懷特說。電池火災(zāi)已促使筆記本電腦召回，戴爾和惠普都發(fā)生過，美國交通部提出了更嚴(yán)格的規(guī)則，以規(guī)范貨運飛機運輸大批量鋰離子電池。
為了防止這種類型的故障，懷特開發(fā)了第二種類型的微型球，制備采用的是固體聚乙烯（polyethylene），這是一種便宜和廣泛使用的塑料。少量的這種微型球嵌入陽極和其他電池組件，功能上就可以作為一種安全的保險開關(guān)。如果溫度在電池內(nèi)部上升，超過105°C，這種微型球就會融化，進入薄層的絕緣材料，切斷電流，防止火災(zāi)。
“我們已經(jīng)測試了這一點，用的是實際電池，”懷特說，他的研究是由美國能源部資助。“效果很好。”他說，這種安全特性有益于市場上新興的電動汽車。
“鋰離子電池將繼續(xù)成為實用的技術(shù)，在未來10至15年都會用于電動汽車，”克里斯汀?佩爾松（KristinPersson）說，他是加利福尼亞州（California）勞倫斯伯克利國家實驗室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory）的，他正在尋求一種新的電池材料，不僅具有更好的能量存儲，而且也可以避免傳統(tǒng)電池的一些缺陷。他說：“至少需要那么長的時間來開發(fā)新的材料。”
一直以來，手機電池技術(shù)的發(fā)展便落后于手機技術(shù)。智能手機已經(jīng)達到令人吃驚的先進程度，而電池卻相對比較古老。隨著美國伊利諾斯州大學(xué)的科學(xué)家研制出一種超級微電池，這種落后從此成為過去。這種微電池的功率是鋰電池的1000倍，理論上充電所需時間不到一秒鐘。
伊利諾斯州大學(xué)科學(xué)家研制的新型微電池功率是當(dāng)前鋰電池的1000倍，為未來研制充電時間不到一秒的智能手機鋪平了道路。研究領(lǐng)導(dǎo)人威廉-金表示：“這是一種全新的電池，將改變?nèi)藗儗﹄姵氐恼J知。這種電池的輸出功率超過任何人的想象。最近幾十年，電子元件的尺寸越來越小，電腦的思考用元件也越來越小，而電池技術(shù)卻一直被落在后面。微技術(shù)將改變這一切。采用微技術(shù)的電池先進程度將與其他元件不相上下?！?/p>
一直以來，用戶不得不在功率和電量之間做出選擇。對于需要很大功率的用電設(shè)備，例如遠距離傳送無線電信號，電容器雖然能夠快速釋放電量，但只能存儲少量電量；對于需要很多電量的用電設(shè)備，例如長時間播放收音機，燃料電池和其他電池雖然能夠容納很多電量，但需要很長時間充電。
研究論文第一作者、伊利諾斯州大學(xué)的研究生詹姆斯-皮庫爾表示：“我們總是要做出犧牲。如果希望獲得較多的電量，你就不能獲得較高的功率；如果希望獲得較高的功率，就很難獲得較多的電量。對于一些非常有趣的電器，尤其是現(xiàn)代電器，你需要做到二者兼得。這也是我門研制新型電池的出發(fā)點。我們打造的電量存儲設(shè)計是此前未曾有的?！?/p>
新型微電池的結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)電池，能夠做到高電量和高功率二者兼得。研究人員對這種電池的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，在功率和電量之間實現(xiàn)更好的平衡?？茖W(xué)家表示新型微電池的高性能要歸功于內(nèi)部的三維微結(jié)構(gòu)。與所有電池一樣，新型微電池擁有兩個基本組件，即陽極和陰極。
新型微電池采用伊利諾斯州大學(xué)教授保羅-布勞恩設(shè)計的新型快速充電陰極。金和皮庫爾研發(fā)了與之相對應(yīng)的陽極以及一種在微尺度下將二者集合在一起的方式，讓最后研制的電池擁有極高的性能。對于需要較高功率的用電設(shè)備，這種電池能夠讓傳感器或者無線電信號的有效工作距離達到此前的30倍，體積縮小30倍。
新型微電池的充電速度是其他電池技術(shù)的1000倍。理論上說，一部信用卡厚度的手機所需充電時間不到一秒鐘。除了消費型電子設(shè)備外，醫(yī)學(xué)設(shè)備、激光器、傳感器以及其他用電設(shè)備都能因為這項電池技術(shù)實現(xiàn)飛躍。金說：“一直以來，所有電氣設(shè)備都受到電池尺寸的限制。想象一下，私人醫(yī)學(xué)設(shè)備和植入物——當(dāng)前使用的電池都是大塊頭——采用微小的電子元件和電線?，F(xiàn)在，電池的尺寸也可以變得非常微小?！?/p>
目前，研究人員正試圖將新型電池與其他電子元件集合在一起，同時降低生產(chǎn)成本。皮庫爾表示：“我們現(xiàn)在可以跳出盒子思考。這是一種新型技術(shù)，而不是此前技術(shù)的改進。它打破了電源的正常模式，允許我們設(shè)計全新的設(shè)備。”
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