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康奈尔大学开发可瞬时充电的螺旋形电池结构

新能源
来源: 标签:康奈尔大学螺旋电池 2018-05-22 16:49:49
 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
 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。


康奈尔大学开发的螺旋形电池想象图

  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“块状共聚合物”(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。

  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。

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