鉅大LARGE | 點擊量：594次 | 2021年12月21日
科學家做到了！重約兩粒米的微電池，能量密度翻了四倍
隨著電子產(chǎn)品變得越來越小、越來越普遍，設(shè)計人員必須不斷尋找新的方法讓電池在更小的空間內(nèi)可以儲存更多的電力。而且由于這些設(shè)備的移動性也越來越強，以可穿戴設(shè)備、機器人等的形式出現(xiàn)，這些電池必須更輕，同時仍能承受日常生活中的顛簸和擦傷。
這對技術(shù)上來說，是存在極大的難處的，隨著電池體積變小，能量密度需要提高的量級是呈指數(shù)級增長，部分原因是電池占用空間的較大部分必須用于保護性包裝。
考慮到這一挑戰(zhàn)，賓夕法尼亞大學工程與應用科學學院的新研究展示了一種構(gòu)建和封裝微電池的新方法，即使在最小尺寸下也能最大限度地提高能量密度。
重約兩粒米，但具有更大、更重電池的能量密度，研究人員的無包裝設(shè)計可以實現(xiàn)許多原本不可能的電子產(chǎn)品。：PennEngineeringToday
研究人員的關(guān)鍵發(fā)展是一種新型集電器和陰極，它增加了儲存能量的材料比例，同時充當保護殼。這減少了對通常保護電池敏感內(nèi)部化學品的非導電包裝的需求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
“我們基本上制造了具有雙重功能的集電器，”賓夕法尼亞大學工程機械工程和應用力學系助理教授、該研究的負責人詹姆斯皮庫爾說：“它們既是電子導體，也是防止水和氧氣進入電池的包裝。”
這種額外的空間效率產(chǎn)生的能量密度是當前最先進的微型電池的四倍。研究人員的微型電池設(shè)計輕到足以被昆蟲攜帶，為小型飛行微型機器人、壽命更長的植入式醫(yī)療設(shè)備以及各種原本不可能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備打開了大門。
該研究發(fā)表在《先進材料》雜志上，由Pikul、他實驗室的博士后學者岳秀軍、伊利諾伊大學厄巴納香檳分校材料科學與工程系教授PaulBraun和JohnCook領(lǐng)導，XerionAdvancedBatteryCorp研發(fā)總監(jiān)
電池以化學鍵的形式儲存能量，當這些鍵斷裂時釋放能量。為了正常工作，這種反應必須只在需要電力時發(fā)生，但必須足夠迅速地反應以提供有用的電流量。
為了滿足這些要求的后半部分，微電池歷來需要薄電極。這種薄度允許更多的電子和離子快速通過電極，但代價是儲存能量的化學物質(zhì)更少，而且設(shè)計復雜，難以制造。
研究人員開發(fā)了一種制造電極的新方法，使它們變厚，同時還允許快速離子和電子傳輸。傳統(tǒng)的陰極由壓在一起的壓碎顆粒組成，這一過程會導致電極之間產(chǎn)生很大的空間，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨機，當離子通過電池時會減慢它們的速度。
“相反，我們直接從熔鹽浴中沉積陰極，”庫克說，“這使我們比傳統(tǒng)陰極具有巨大優(yōu)勢，因為我們的陰極幾乎沒有孔隙或氣隙。”
這個過程還調(diào)整了陰極的‘原子高速公路’，這意味著鋰離子可以通過最快、最直接的路徑穿過陰極進入設(shè)備，提高微電池的功率密度，同時保持高能量密度。
這些重新設(shè)計的組件在傳輸離子方面非常有效，以至于它們可以做得足夠厚，可以將儲能化學物質(zhì)的數(shù)量增加一倍，而不會犧牲實際為它們所連接的設(shè)備供電所需的速度。結(jié)合新的包裝，這些微型電池的能量和功率密度比電池大一百倍，而重量只有兩粒米。
研究人員將繼續(xù)研究可以調(diào)整以進一步提高性能的化學和物理特征，同時還構(gòu)建利用這些新電源的可穿戴設(shè)備和微型機器人。
