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美开发出性能优异的“沙基锂离子电池”

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-07-10  作者:鑫椤资讯
核心提示:美国加州大学河滨分校的科学家日前开发出一种新型锂离子电池,其性能和使用寿命比普通锂离子电池高出三倍以上。
       美国加州大学河滨分校的科学家日前开发出一种新型锂离子电池,其性能和使用寿命比普通锂离子电池高 出三倍以上。更让人称奇的是,制造这种电池所需的主要原料既不是什么“高大上”的石墨烯,也不是什么稀有珍贵的化合物,而是普通得不能再普通的沙子。研究 人员称,新技术有望打破目前智能手机等电子产品所面临的电池瓶颈,让一天一充成为历史。相关论文发表在《自然·科学报告》杂志上。
       物理学家组织网7月9日(北京时间)报道称,发明这种电池的是一位名叫扎卡里·费沃斯的年轻人,正在加州大学河滨分校攻读研究生。费沃斯称,他是半年前在加州圣 克莱门特的一处海滩边冲浪时,萌生用沙子制造电池这一灵感的。他的主要研究方向是为个人电子产品和电动汽车开发出性能更好的锂离子电池,当时正在为新型电 池寻找理想的阳极材料。
       目前绝大多数的锂离子电池都采用石墨作为阳极,但是随着科技的进步,石墨作为阳极的潜能几乎已经被开发殆尽。不少 科学家都开始寻找更好的替代材料,其中纳米尺度的硅就是重要的一种。但随后人们发现,传统方法制造出的纳米硅极易发生降解,且难以大规模生产,无法满足电 池商业化生产的需要。
       费沃斯希望由石英和二氧化硅构成的沙子能帮助他解决这两个难题。他将沙子带回了实验室,将它们研磨成纳米尺度大小, 随后又进行了一系列纯化步骤,这些沙子逐渐从棕色变为了明亮的白色,就像绵白糖一样。而后,他又将盐和镁以同样的方法进行研磨,再将这三种物质混合起来进 行加热。在加热的过程中盐和镁能够帮助石英去除氧,得到纯纳米硅。而让他惊喜的是,与传统工艺生产出的纯硅不同,这种纯纳米硅具有海绵一样的3D多孔结 构,且极为稳定。这种多孔结构已经被证明是提高纳米硅电池性能的关键。
       实验显示,用这种纳米硅电极制成的新型电池可将目前电动汽车的预期 寿命提高至少三倍以上。而如将其用于智能手机电池,则有望将一天一充变成三天一充。目前,费沃斯和他的团队正在试图用沙子生产出更多的纳米硅,并计划为手 机等移动电子设备制造出体积更小容量更大的电池。
    图① 示意图显示了沙子是怎样变成纯纳米硅的。
    图② 从左至右分别是未经提纯加工的沙子(b),提纯加工过的沙子(c)以及前两种沙子与纯纳米硅的对比(d)。
http://www.wokeji.com/shouye/zbjqd/201407/W020140710056326501045.jpg
    图③ 用沙子制成的新型锂离子电池。
   
 总编辑圈点
       海滩的沙子像不像砸中牛顿的苹果?当前,电池技术已经在不同的方向上取得了大大小小的突破,纳米硅电极只是一种方法,哪种方案真正可行并无定论,还需要接受 市场的考验。但作为研究生的费沃斯用实验告诉我们,生活中的最普通的事物往往会为有心的科学家带来改变世界的灵感,而最常见的物质也许会有不可思议的用 途。带着思考去生活,领悟迟早会来的。
 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有550多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
本会专业范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

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