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關于可瞬時充電的螺旋形電池結構

鉅大LARGE  |  點擊量:1225次  |  2018年05月25日  

  當前的許多電池,都采用了大同小異的陰陽雙電極結構,中間采用了非導體隔離。不過現在,康奈爾大學的工程師們開發出了一種不同尋常的新結構,因其采用了相互交織的旋渦狀結構、并且擁有瞬時充電的特性。這項新技術基于一套復雜的多孔形狀——螺旋24面體(gyroid)——在此之前,它經常被用于制造“二維奇跡材料”石墨烯。

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  康奈爾大學開發的螺旋形電池想象圖

  此外,新電池還采用了超薄碳膜(盡管還沒法和石墨烯相提并論),借助了一種稱作“塊狀共聚合物”(blockco-polymer)的自組裝工藝。

  這種碳基螺旋24面體組成了電池的陽極,其中包含了數千個孔,每個孔大約有40nm寬。

  這些氣孔被涂上了大約10nm厚的分離層、接著加入硫陰極、最后用一種叫做PEDOT的導電聚合物來填充最后一部分空隙。

  每個細孔都可以儲存和傳遞能量,與微型電池很是類似。但通過將它們分散到螺旋體的巨大表面積上,新架構的能量密度,比傳統電池設計要大得多。

  研究人員稱,在實際操作中,這意味著電池可以在幾秒鐘、甚至更快的時間內完成充電!首席研究員UlrichWiesner表示:

  這種三維結構,基本上消除了設備中的所有容積損耗。

  更重要的是,相互滲透的領域縮小到了納米尺度,所以我們才能指數般提升能量密度。

  換言之,與傳統電池結構相比,你可以在更短的時間內獲得能量。

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  即便如此,新設計也不是沒有缺陷。當電池在充放電時,硫會發生膨脹、而PEDOT部分不會。隨著時間的推移,后者會逐漸發生損耗。Wiesner指出:

  當硫膨脹的時候,這些微小的聚合物會被撕成碎片。當它再次收縮時,無法重新連接。這意味著3D電池的一部分無法再被利用到。

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