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透明鋰離子電池帶來(lái)新潮產(chǎn)品

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:892次  |  2021年09月22日  

把一種電極材料溶液滴到刻有網(wǎng)狀細(xì)槽的聚二甲基硅氧烷表面,毛細(xì)管用途吸引這種溶液進(jìn)入,直到它們充滿所有的細(xì)槽,形成網(wǎng)格,這就制成透明電極,斯坦福大學(xué)(StanfordUniversity)的研究人員制成了完全透明的電池,這是最后缺少的組件,要用它來(lái)制備透明顯示器和其他電子設(shè)備。透明電源:透明的鋰離子電池就像這一塊,最終能夠驅(qū)動(dòng)透明的便攜式電子產(chǎn)品。來(lái)源:麻省理工科技創(chuàng)業(yè)


斯坦福大學(xué)材料科學(xué)教授崔毅(YiCui)領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作,他說,大量的研究都是讓電池儲(chǔ)存更多能量,使用更長(zhǎng)時(shí)間,但很少有人注意到讓它們更漂亮,更別致。


科學(xué)家此前曾制成透明的產(chǎn)品,屬于其他重要類別的電子產(chǎn)品,包括晶體管和用于控制顯示器的組件,但尚未制成電池。假如不能使電池透明,你就不能讓這些裝置透明,崔毅說。


有些電池組件比其他組件更容易使用透明材料制備。電極是最棘手的部分,崔毅說。有一種方法可以制作透明電極,那就是使它非常薄,大約接近100納米厚。但是,很薄的電極通常無(wú)法存儲(chǔ)足夠的能量以供使用。


另一種方法,是制作電極時(shí)采用一種形式的模式,它具有的特點(diǎn)更小,肉眼看不見。只要電池內(nèi)總體上有足夠的電極材料,這種類型的電極仍可以存儲(chǔ)大量能量。崔毅設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)狀電極,網(wǎng)格的所有行距大約50微米,可以有效隱形,網(wǎng)格內(nèi)的方塊不包含電池材料。

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制造也非常棘手,因?yàn)橛猛ǔ5姆椒ㄖ苽浣M件,這種分辨率就要求苛刻的化學(xué)工藝,會(huì)損壞電池材料。相反,斯坦福大學(xué)的小組采用了一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法,制成這種透明的網(wǎng)狀電極,這些電極被結(jié)合在一起,處于一種透明、濕軟的聚合物內(nèi),這種聚合物稱為聚二甲基硅氧烷(PDMS:Polydimethylsiloxane)。


他們開始是采用光刻技術(shù),在硅晶片上做出模具。然后,他們把液態(tài)聚二甲基硅氧烷傾倒在模具上,加工硫化聚合物,使它凝固,并使它剝離模具。然后,這種聚二甲基硅氧烷片被刻上一種網(wǎng)格狀細(xì)槽。接著,他們把一種電極材料溶液滴到聚二甲基硅氧烷表面。毛細(xì)管用途(Capillaryaction)牽引這種材料進(jìn)入,直到它們充滿所有的細(xì)槽,形成網(wǎng)格。研究人員使用標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池材料,制作他們的電極。


為了制成完整的電池,他們把一塊透明的膠體電解質(zhì)夾在兩個(gè)電極之間,把它們一起放入一個(gè)保護(hù)性塑料包裝內(nèi)。斯坦福大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了原型,并使用它們驅(qū)動(dòng)LED,LED的光可以透過電池本身看到。


崔毅說,從理論上講,這些電池應(yīng)該能夠存儲(chǔ)一半左右的能量,這是比較同等大小的不透明電池而言,因?yàn)槟芰棵芏群屯该鞫戎g有一種權(quán)衡。他們可以放上一塊較厚的網(wǎng)狀電極材料,以儲(chǔ)存較多的能量,但是這就意味著較少光線可以透過。


到目前為止,他的實(shí)驗(yàn)室原型每公升可存儲(chǔ)20瓦時(shí),蓄電量大約相當(dāng)于一塊鎳鎘電池(nickel-cadmiumbattery),但崔毅希望提高一個(gè)量級(jí),這在某種程度上要降低聚合物基板的厚度,也要使容納電極材料的細(xì)槽更深。

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另一種方式可以存儲(chǔ)更多的能量,又不犧牲透明度,那就是堆疊多個(gè)單元格,彼此重疊,要采取這樣一種方式,讓電極的網(wǎng)格對(duì)準(zhǔn),使光線可以透過。到目前為止,這個(gè)小組已制成的電極直徑有一英寸,但崔毅表示,它們可以做得更大,這種材料可以簡(jiǎn)單地被切成所需的尺寸。



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