中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:研究人員開(kāi)發(fā)出可噴涂電池:這項(xiàng)技術(shù)可以把任何物體表面變成鋰離子電池
圖:電子顯微鏡圖像顯示噴涂的鋰離子電池,是萊斯大學(xué)開(kāi)發(fā)的,呈現(xiàn)5層結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)源:萊斯大學(xué)
萊斯大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種鋰離子電池,幾乎可以涂在任何表面。
這種可充電電池是萊斯大學(xué)材料科學(xué)家普里克爾.阿杰延(Pulickel Ajayan)的實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造的,包含幾個(gè)噴涂層,各層都代表傳統(tǒng)電池的組件。這項(xiàng)研究發(fā)表在今天《自然》的網(wǎng)上開(kāi)放獲取期刊《科學(xué)報(bào)告》(Scientific Reports)上。
“這意味著,傳統(tǒng)包裝的電池已讓位于更靈活的方法,可實(shí)現(xiàn)各種新的設(shè)計(jì),以及可能的集成,用于存儲(chǔ)設(shè)備,”阿杰延說(shuō),他是萊斯大學(xué)本杰明?M.和瑪麗?格林伍德安德森研究機(jī)械工程和材料科學(xué)教授(Benjamin M. and Mary Greenwood Anderson Professor in Mechanical Engineering and Materials Science),也是化學(xué)教授。“最近一段時(shí)間,很多人都熱衷創(chuàng)造改進(jìn)外形因素的電源,這是在這一方向前進(jìn)了一大步。”
首席作者尼拉姆?辛格(Neelam Singh)是萊斯大學(xué)研究生,她的研究小組花數(shù)小時(shí)艱苦努力,制做、混合和測(cè)試涂料,用于各層組件,共五層,兩個(gè)電流收集器,一個(gè)陰極,一個(gè)陽(yáng)極,還有一個(gè)聚合物分隔層在中間。
圖:傳統(tǒng)鋰離子電池是把活性層包在活性碳罐或其他便攜式容器中。但是,萊斯大學(xué)的研究人員找到一種方法,可以把這些涂層涂到任何表面,這就開(kāi)辟了可能性,可以把這些表面變成存儲(chǔ)設(shè)備。圖片來(lái)源:萊斯大學(xué)
這些材料可以噴刷到陶瓷衛(wèi)浴瓷磚上,也可以噴到柔性聚合物,玻璃,不銹鋼,甚至啤酒杯上,可以看到它們與每種基板結(jié)合得有多好。
在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,9個(gè)浴室瓷磚為基礎(chǔ)的電池進(jìn)行并聯(lián)連接。一個(gè)電池上覆蓋著太陽(yáng)能電池,可以利用實(shí)驗(yàn)室白光發(fā)電。用太陽(yáng)能電池板和房里的電流完全充電后,只用這種電池就可以驅(qū)動(dòng)一組發(fā)光二極管,這組二極管拼寫出“萊斯”(RICE)字樣,可以亮六個(gè)小時(shí);這種電池可以產(chǎn)生穩(wěn)定的2.4伏電壓。
圖:啤酒杯用作功能基板,用于可噴涂的電池,是萊斯大學(xué)開(kāi)發(fā)的。圖片來(lái)源:萊斯大學(xué)
研究人員報(bào)告說(shuō),這種手噴電池性能相當(dāng)穩(wěn)定,與目標(biāo)的誤差在正負(fù)10%以內(nèi)。辛格說(shuō),它們經(jīng)過(guò)60次充放電循環(huán),只會(huì)有非常小的容量下降,。
每一層都是一種優(yōu)化的混合物。首先,正向電流收集器是一種混合物,混合了純化的單壁碳納米管與炭黑粒子,散布在N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone)中。第二是陰極,它包含鈷鋰氧化物,碳和超細(xì)石墨(UFG:ultrafine graphite)粉末,放在一種粘合劑溶液中。第三是聚合物隔膜涂層,屬于聚偏二氟乙烯(Kynar Flex)樹(shù)脂,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA:polymethyl methacrylate)和二氧化硅,分散在混合溶劑中。第四,陽(yáng)極混合了鋰鈦氧化物和超細(xì)晶粒(UFG),放在粘合劑中,最后一層是負(fù)電流收集器,是一種市售的導(dǎo)電銅漆,用乙醇稀釋。
“最難的地方是實(shí)現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定性,而分離器發(fā)揮了關(guān)鍵作用,”辛格說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn),納米管和陰極層結(jié)合得很牢固,但是如果分隔膜機(jī)械性能不穩(wěn)定,它們就會(huì)從基板剝離。添加聚甲基丙烯酸甲酯,就可適當(dāng)?shù)卣辰拥椒指裟ぁ?rdquo;一旦涂上,瓷磚和其他物品就會(huì)被注入電解液,然后就會(huì)封閉熱量,進(jìn)行充電。
辛格說(shuō),這種電池很容易采用小型太陽(yáng)能電池充電。她預(yù)計(jì),可以結(jié)合可噴涂電池與最近報(bào)道的太陽(yáng)能電池,以創(chuàng)造一種能量收集組合產(chǎn)品,這將是無(wú)與倫比的。她說(shuō),因?yàn)槭謬婋姵剡@么好,因此,升級(jí)采用現(xiàn)代方法,會(huì)促進(jìn)它們實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。“噴涂已經(jīng)是一種工業(yè)工藝,所以很容易使這項(xiàng)技術(shù)融入產(chǎn)業(yè),”辛格說(shuō)。
萊斯大學(xué)研究人員的這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了專利,他們將繼續(xù)完善。辛格說(shuō),他們正在積極尋找一些電解質(zhì),以便更容易露天創(chuàng)造電池,他們還設(shè)想,他們的電池用作整體粘著瓷磚,可以有許多種配置方式。
“我們確實(shí)認(rèn)為這會(huì)改變傳統(tǒng)規(guī)范,”她說(shuō)。