钜大LARGE | 点击量:1449次 | 2019年03月01日
把电线变为电池的新型纳米技术
在我们的印象中,电线会损失所输送的电能,因为电线本身有电阻,在传输电能的过程中会发热。然而,美国佛罗里达州中央大学的研究人员托马斯发现,采用特殊的护套覆盖电线后,电线可变身为储能的电池。这项新技术为电池“瘦身”提供了新的思路。
无论是在我们的日常生活中,还是在尖端技术领域,如何让电池变得“瘦小”且高效,是科技专家一直在想办法攻克的难题。比如,如果要让我们手机变得更加超薄,就需要能效更高的超薄电池;要让电动汽车一次行驶里程更长,则需要更轻更强的电池;要使得太空飞行器飞得更快更远且成本更低,也需要能效比更高的超薄超轻电池。
托马斯在自家屋子旁边的小路上进行夜间散步时,也想到了上述问题。换成我们普通人,对那些高深的技术问题也就想想而已。然而托马斯是一名物理学家,他会把日常生活中的一些奇思妙想转化为研究课题。要让电池变薄,一般会想到用纳米技术。托马斯的第一个念头也是用碳纳米管。然而,用碳纳米管制造电池的成本有些高。如果照这个思路下去,电池是超薄了,但是也成为大部分用不起的“土豪电池”了。于是他接着考虑,是不是可以把电线直接做成电池呢?这样既可以充当通电线路,也可以作为储能的电池,这种二合一的方法在许多高科技产品的设计中也常常用到。
托马斯立即被自己的这个“灵光一闪”的创意给弄得激动起来。他回到家里,立即为自己设想中的“电线电池”设计实验思路。第二天一早,他就迫不及待地来到实验室,开始了这个新的课题的研究。他给输送电流的铜线定制了密布的纳米晶须,外面套一根起保护作用的高分子套管。这些纳米晶须的长度只有头发丝直径的万分之一,肉眼难辨。在电子显微镜下,可以看到这些晶须像一层绒毛,密密麻麻地分布在高分子薄膜套管的内表面。在充电模式下,当有电流流经铜线时,这些纳米晶须就“偷走”大部分电能存储起来。在用电模式下,纳米晶须又把电能“释放”出来,通过铜线输送给电器的用电器件。
这个过程描述起来似乎比较简单,但是完成起来相当复杂,首先是要选取合适的原料来制造纳米晶须,还要设计纳米晶须的分布模式,选择哪种高分子套管也很有讲究。要经过数以千计的反复实验,才能不断地提升储能效果。研究结果还发现,单层纳米晶须的储能容量太低,因此可以适当增加套管的数量,但是也不能增加过多,过多会让“电线电池”变得更加笨重,而单位体积的储能量降低。
充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
托马斯说:“这项技术是非常令人兴奋的。我每天都喜欢赶到实验室,然后看看下面会发生什么。有时候也会不尽如人意,但即便那样,失败会教给我们很多东西。我们正在一步一步地达成自己的最初愿望,还可能做得更好。”托马斯表示,“电线电池”将大大增加“移动用电”的使用时间,如果“电线电池”最终能够上市,将会在多个领域引发大的变革。
或许在不久的将来,让我们的手机、电脑等电器超薄且“续航时间”超长,续航里程超过1000公里的轻型电动汽车也将不再是梦想,各种航天器的发射成本也可大幅降低。如果“电线电池”真的研制成功并推广了,我们的手机或平板电脑或许就能变成卡片那么薄了。我们也不用担心手机突然没电了,“电线电池”可以让我们一个月充一次电就够了;当手机提醒我们需要充电时,其实还可以用一两天,我们不必着急忙慌地找地方充电。那样的使用体验该是多爽啊!
上一篇:可续航1600公里的铝空气电池
下一篇:廉价电池问世,能用15年