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Nanochains 可以增加电池容量 缩短充电时间

科技 2019-09-20 09:24:06

手机或电脑的电池持续多长时间取决于电池负极材料中可储存多少锂离子。如果电池耗尽这些离子,它就不能产生电流来运行设备并最终失效。

具有较高锂离子存储容量的材料要么太重,要么形状错误,以取代目前电池中使用的电极石墨。

普渡大学的科学家和工程师已经介绍了一种潜在的方法,可以将这些材料重组为一种新的电极设计,使其能够延长电池的使用寿命,使其更加稳定并缩短充电时间。

这项研究作为9月份应用纳米材料的封面出现,创造了一种网状结构,称为“ 纳米链”,是一种已知可增强电池中锂离子充电容量的非金属锑。

研究人员将纳米链电极与石墨电极进行了比较,发现当带有纳米链电极的纽扣电池仅充电30分钟时,它们在100次充放电循环中实现了锂离子电容的两倍。

某些类型的商用电池已经使用类似于锑金属负电极的碳 - 金属复合材料,但是这种材料往往会膨胀三倍于锂离子,因为它会随着电池充电而成为安全隐患。

“你希望在你的智能手机电池中适应这种类型的扩展。这样你就不会携带不安全的东西,”Purdue化学工程副教授Vilas Pol说。

通过使用化学化合物 - 还原剂和成核剂 - 普渡大学科学家将微小的锑粒子连接成一个纳米链形状,以适应所需的膨胀。团队使用的特殊还原剂氨 - 硼烷负责产生空间 - 纳米链内的孔隙 - 适应膨胀并抑制电极失效。

该团队将氨 - 硼烷应用于几种不同的锑化合物,发现只有氯化锑才能产生纳米链结构。

“我们制造纳米粒子的程序始终如一地提供链结构,”普渡大学有机化学教授PV Ramachandran说。

纳米链还使锂离子容量保持稳定至少100次充电 - 放电循环。“从第1周期到第100周期基本没有变化,所以我们没有理由认为第102周期不会相同,”波尔说。

Purdue的化学研究生Henry Hamann合成了锑纳米链结构,普渡大学化学工程博士后候选人Jassiel Rodriguez测试了电化学电池的性能。

该电极的设计必须是可扩展为更大的电池的潜力,研究人员说。该团队计划接下来测试袋式电池的设计。

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