Nanochains 可以增加電池容量 縮短充電時(shí)間

手機(jī)或電腦的電池持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間取決于電池負(fù)極材料中可儲(chǔ)存多少鋰離子。如果電池耗盡這些離子，它就不能產(chǎn)生電流來運(yùn)行設(shè)備并最終失效。

具有較高鋰離子存儲(chǔ)容量的材料要么太重，要么形狀錯(cuò)誤，以取代目前電池中使用的電極石墨。

普渡大學(xué)的科學(xué)家和工程師已經(jīng)介紹了一種潛在的方法，可以將這些材料重組為一種新的電極設(shè)計(jì)，使其能夠延長(zhǎng)電池的使用壽命，使其更加穩(wěn)定并縮短充電時(shí)間。

這項(xiàng)研究作為9月份應(yīng)用納米材料的封面出現(xiàn)，創(chuàng)造了一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，稱為“ 納米鏈”，是一種已知可增強(qiáng)電池中鋰離子充電容量的非金屬銻。

研究人員將納米鏈電極與石墨電極進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)帶有納米鏈電極的紐扣電池僅充電30分鐘時(shí)，它們?cè)?00次充放電循環(huán)中實(shí)現(xiàn)了鋰離子電容的兩倍。

某些類型的商用電池已經(jīng)使用類似于銻金屬負(fù)電極的碳 - 金屬?gòu)?fù)合材料，但是這種材料往往會(huì)膨脹三倍于鋰離子，因?yàn)樗鼤?huì)隨著電池充電而成為安全隱患。

“你希望在你的智能手機(jī)電池中適應(yīng)這種類型的擴(kuò)展。這樣你就不會(huì)攜帶不安全的東西，”Purdue化學(xué)工程副教授Vilas Pol說。

通過使用化學(xué)化合物 - 還原劑和成核劑 - 普渡大學(xué)科學(xué)家將微小的銻粒子連接成一個(gè)納米鏈形狀，以適應(yīng)所需的膨脹。團(tuán)隊(duì)使用的特殊還原劑氨 - 硼烷負(fù)責(zé)產(chǎn)生空間 - 納米鏈內(nèi)的孔隙 - 適應(yīng)膨脹并抑制電極失效。

該團(tuán)隊(duì)將氨 - 硼烷應(yīng)用于幾種不同的銻化合物，發(fā)現(xiàn)只有氯化銻才能產(chǎn)生納米鏈結(jié)構(gòu)。

“我們制造納米粒子的程序始終如一地提供鏈結(jié)構(gòu)，”普渡大學(xué)有機(jī)化學(xué)教授PV Ramachandran說。

納米鏈還使鋰離子容量保持穩(wěn)定至少100次充電 - 放電循環(huán)。“從第1周期到第100周期基本沒有變化，所以我們沒有理由認(rèn)為第102周期不會(huì)相同，”波爾說。

Purdue的化學(xué)研究生Henry Hamann合成了銻納米鏈結(jié)構(gòu)，普渡大學(xué)化學(xué)工程博士后候選人Jassiel Rodriguez測(cè)試了電化學(xué)電池的性能。

該電極的設(shè)計(jì)必須是可擴(kuò)展為更大的電池的潛力，研究人員說。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃接下來測(cè)試袋式電池的設(shè)計(jì)。