鉅大LARGE | 點擊量：678次 | 2019年01月18日
納米材料打造永久免更換的儲能鋰電池
美國加州大學爾灣分校(UniversityofCalifornia,Irvine；UCI)的研究人員在進行研究中意外發現，基于納米線的電池材料能夠重復充電數十萬次，可望實現幾乎無需更換的電池。
研究人員在進行基于納米線的電荷儲存機制研究時發現，其中所涉及的“線”(wire)是沈積的結構(僅以細長納米線形式呈現)。根據研究人員表示，這是一種純金的納米線，表面能以二氧化錳(MnO2)涂覆或鑲嵌護套。該組件基本上是一種電容器，可在交錯的納米線數組之間形成電荷儲存電容，并懸浮于電解介質中。
以相同的材料來看，使用納米線可提供較薄膜更高的電荷儲存。因為納米線比人類的發絲更細數千倍、而且具有高導電性，并具有較大表面積可供電子儲存與傳輸。純金納米線約240nm寬與35nm厚；外殼厚度約在143-300nm之間。根據先前的研究工作發現，這些細絲極其脆弱，不易妥善保持用于重復放電、充電或充放電循環。因此，一般的鋰離子電池容易膨脹、變得脆弱，最后導致破裂。
UCI研究人員在二氧化錳外殼涂覆純金納米線，并將該組裝包裹在以樹脂玻璃(Plexiglas)狀凝膠制造的電解質中，從而解決了這個問題。這種凝膠是聚酸甲酯(PMMA)與過氯酸鋰(LiClO4：形成鋰離子電池的鋰離子來源)的組合，十分可靠且不易故障。
主導這項研究的——UCI博士候選人MyaLeThai在三個月內循環測試電極達20萬次，未檢測到任何電量或電力損耗，也無損于任何納米線。這項研究結果已經發表在美國化學學會(AmericanChemicalSociety)出版的最新一期《能源快報》(EnergyLetters)中。
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%
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UC-Irvine博士候選人MyaLeThai手握可讓鋰離子電池反復充電幾十萬次的納米線材料（來源：UCIrvine）
UCI化學系主任ReginaldPenner表示，“Mya一開始只是抱著好玩的心態，將極薄的凝膠完整涂覆在表面上，并開始進行充放電。她發現只需在納米線材料上涂覆這種凝膠，就能重復充放電數十萬次，而不至于損耗任何容量。”
他并補充說，“這真的很厲害。因為電池通常最多經過5,000、6,000或7,000次充放電周期后就會整個壞掉而無法使用。”UCI研究人員所使用的結構特別采用高長寬比的納米線，以便揭露或放大任何可能發生的故障效應：然而，卻始終未曾出現。
研究人員認為，這種凝膠將會塑化電池中的金屬氧化物，并賦予靈活性，以防止破裂。
“該涂層電極能更有效保持原有形狀，使其成為一個更可靠的選擇，”Thai說，“這項研究證實納米線電池電極具有更長的使用壽命，讓我們得以真正實現這種長效電池。”
這項研究并與馬里蘭大學(UniversityofMaryland)先進能源研究中心(EnergyFrontierResearchCenter)電能儲存納米結構(NEES)計劃合作，同時獲得了美國能源部(DoE)基礎能源科學部的資金贊助。
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