钜大LARGE | 点击量:1127次 | 2018年05月29日
康奈尔大学:电池几秒钟、甚至更快的时间内完成充电不再是梦想!
当前的许多电池,都采用了大同小异的阴阳双电极结构,中间采用了非导体隔离。不过现在,康奈尔大学的工程师们开发出了一种不同寻常的新结构,因其采用了相互交织的旋涡状结构、并且拥有瞬时充电的特性。这项新技术基于一套复杂的多孔形状——螺旋24面体(gyroid)——在此之前,它经常被用于制造“二维奇迹材料”石墨烯。
此外,新电池还采用了超薄碳膜(尽管还没法和石墨烯相提并论),借助了一种称作“嵌段共聚物”(blockco-polymer)的自组装工艺。
这种碳基螺旋24面体组成了电池的阳极,其中包含了数千个孔,每个孔大约有40nm宽。
这些气孔被涂上了大约10nm厚的分离层、接着加入硫阴极、最后用一种叫做PEDOT的导电聚合物来填充最后一部分空隙。
每个细孔都可以储存和传递能量,与微型电池很是类似。但通过将它们分散到螺旋体的巨大表面积上,新架构的能量密度,比传统电池设计要大得多。
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%
研究人员称,在实际操作中,这意味着电池可以在几秒钟、甚至更快的时间内完成充电!首席研究员UlrichWiesner表示:
这种三维结构,基本上消除了设备中的所有容积损耗。
更重要的是,相互渗透的领域缩小到了纳米尺度,所以我们才能指数般提升能量密度。
换言之,与传统电池结构相比,你可以在更短的时间内获得能量。
即便如此,新设计也不是没有缺陷。当电池在充放电时,硫会发生膨胀、而PEDOT部分不会。随着时间的推移,后者会逐渐发生损耗。Wiesner指出:
当硫膨胀的时候,这些微小的聚合物会被撕成碎片。当它再次收缩时,无法重新连接。这意味着3D电池的一部分无法再被利用到。
当前团队正在努力搞定这个问题,同时寻求一项关于概念验证的专利。有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《能源与环境科学》(Energy&EnvironmentScience)期刊上。