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木头电池要挑战锂电池中国人的新研究

2018-11-06 09:32:38

木头电池要挑战锂电池:中国人的新研究

如果要列出一份可作为高科技应用的先进材料,应该不会有人想到木头会名列前茅。近,美国马里兰大学的李腾(Teng Li)和胡良斌(Liangbing Hu)的实验,或许能办到这一点。他们的实验显示,若能有效运用木材,就能成功推出钠电池,取代既有的锂电池,大辐降低电池制作成本。

将一块木头裹上锡,就可以制作微小、长效的电池。这并非不可能。但是,你千万不要以为自己在家里就能做到。马里兰大学实验用的组件,只有一张纸厚度的千分之一不到。

纳存储的电量也比不上锂,所以不要指望纳电池能用在上,但是它的成本低,材料到处可见,能用来存储大量能源。

胡良斌是大学材料科学助理教授,他说: 灵感来自于树木。树木由木质纤维组成,一旦吸入矿物质丰富的水,它就成为存储液体电解质的理想材料,它可以成为电池的基础,同时又是活动部分。

锂 和钠的化学性质十分相似,只不过纳离子的体积是锂离子的5倍。这在制作电池时便成了一大问题,因为电池会让离子在正负极之间穿梭,离子越大,穿梭时造成的 伤害也越大,进而缩短电池的寿命,因此钠无法用来制作电池。但工程师仍希望能研发出商业用的钠电池,因为钠的蕴藏量比锂高出许多。

李博士和胡博士想知道,若改用更柔软的材料来制作电极的框架,是否能减低电极伤害。这类框架通常是以金属制成,因此十分坚硬,但两位研究者认为,经过处理的木材可以拥有同样良好的传导性,而且也能为不断膨胀、缩小的电极提供更好的支撑。

他们使用黄松木薄片进行测试。先用奈米碳管覆盖在薄片之上以改善其传导性,接着再在每块薄片上加上一层锡;完成之后,将薄片放入含有钠离子的电解液中,进行400次循环的充放电。控制组则是以铜薄片制成的类似电池。

木质电池并不完美;其初期容量为339 mAH/g,但在400次循环充放电之后,只剩145 mAH/g。不过,以初步开发的原型来说已经算相当不错,而且表现远超过铜框电池;铜框电池的初期容量为50 mAH/g,100次循环充放电之后便降至22 mAH/g。

当然,短时间内你的和笔电里应该不会出现木框电池,但那本来就不是两位研究者的计划。他们的研究将有助于大型钠离子电池的开发,这些电池可用来储存太阳能发电站的电力。

附:

1、胡良斌(Liangbing Hu)

1997 年至2002年就读于中国科技大学应用物理系,获理学学士学位。2007年获加州大学洛杉矶分校(University of California at Los Angeles)博士。曾获斯坦佛大学博士后,担任过Unidym科学家。美国马里兰大学能源研究中心(UMERC)成员。主要关注的领域有:碳素纳米管 技术,太阳能电池,显示屏,电池纳米材料、薄膜电晶体、人造肌肉、燃料电池,专长于透明电极、涂层、封装和晶体管。

2、李腾(Teng Li)

曾在哈佛大学、普林斯顿大学、清华大学求学,担任过哈佛大学研究员、普林斯顿大学研究员,现在是马里兰大学助理教授。他获得过哈佛大学工程科学博士。擅长于纳米技术、机械学、材料科学、软性电子。

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