纳米材料打造永久免更换的储能锂电池

美国加州大学尔湾分校(UniversityofCalifornia,Irvine；UCI)的研究人员在进行研究中意外发现，基于纳米线的电池材料能够重复充电数十万次，可望实现几乎无需更换的电池。

研究人员在进行基于纳米线的电荷储存机制研究时发现，其中所涉及的“线”(wire)是沈积的结构(仅以细长纳米线形式呈现)。根据研究人员表示，这是一种纯金的纳米线，表面能以二氧化锰(MnO2)涂覆或镶嵌护套。该组件基本上是一种电容器，可在交错的纳米线数组之间形成电荷储存电容，并悬浮于电解介质中。

以相同的材料来看，使用纳米线可提供较薄膜更高的电荷储存。因为纳米线比人类的发丝更细数千倍、而且具有高导电性，并具有较大表面积可供电子储存与传输。纯金纳米线约240nm宽与35nm厚；外壳厚度约在143-300nm之间。根据先前的研究工作发现，这些细丝极其脆弱，不易妥善保持用于重复放电、充电或充放电循环。因此，一般的锂离子电池容易膨胀、变得脆弱，最后导致破裂。

UCI研究人员在二氧化锰外壳涂覆纯金纳米线，并将该组装包裹在以树脂玻璃(Plexiglas)状凝胶制造的电解质中，从而解决了这个问题。这种凝胶是聚酸甲酯(PMMA)与过氯酸锂(LiClO4：形成锂离子电池的锂离子来源)的组合，十分可靠且不易故障。

主导这项研究的——UCI博士候选人MyaLeThai在三个月内循环测试电极达20万次，未检测到任何电量或电力损耗，也无损于任何纳米线。这项研究结果已经发表在美国化学学会(AmericanChemicalSociety)出版的最新一期《能源快报》(EnergyLetters)中。

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UC-Irvine博士候选人MyaLeThai手握可让锂离子电池反复充电几十万次的纳米线材料（来源：UCIrvine）

UCI化学系主任ReginaldPenner表示，“Mya一开始只是抱着好玩的心态，将极薄的凝胶完整涂覆在表面上，并开始进行充放电。她发现只需在纳米线材料上涂覆这种凝胶，就能重复充放电数十万次，而不至于损耗任何容量。”

他并补充说，“这真的很厉害。因为电池通常最多经过5,000、6,000或7,000次充放电周期后就会整个坏掉而无法使用。”UCI研究人员所使用的结构特别采用高长宽比的纳米线，以便揭露或放大任何可能发生的故障效应：然而，却始终未曾出现。

研究人员认为，这种凝胶将会塑化电池中的金属氧化物，并赋予灵活性，以防止破裂。

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“该涂层电极能更有效保持原有形状，使其成为一个更可靠的选择，”Thai说，“这项研究证实纳米线电池电极具有更长的使用寿命，让我们得以真正实现这种长效电池。”

这项研究并与马里兰大学(UniversityofMaryland)先进能源研究中心(EnergyFrontierResearchCenter)电能储存纳米结构(NEES)计划合作，同时获得了美国能源部(DoE)基础能源科学部的资金赞助。