破解铅酸电池电流之谜

2021-09-21      1108 次浏览

化学家已破解150年的奥秘,就是什么赋予铅酸电池独特性能,使它能出现浪涌电流,这种电池见于大多数汽车的引擎盖下。来源:牛津大学铅酸电池能够出现非常大的电流,这是启动汽车发动机所要的,这样的电流源自极高导电性的电池负极材料,就是二氧化铅。然而,虽然这种类型的电池发明于1859年,但是,到现在为止,二氧化铅高导电性的根本原因仍然困惑着科学家们。


有一组研究人员,来自英国牛津大学(OxfordUniversity),巴斯大学(UniversityofBath),都柏林三一学院(TrinityCollegeDublin)和国际卫星电离层研究中心(ISIS:InternationalSatellitesforIonosphericStudies)中子散裂源(neutronspallationsource),他们首次解释了二氧化铅高导电性的根本原因。


已经报道过这一研究,发表在最近一期的《物理评论快报》(PhysicalReviewLetters)上。


铅酸蓄电池具有独特性能,出现的浪涌电流超过100安培,可以转动汽车起动电机,关键是因为,事实上,二氧化铅储存化学能量,在电池负极具有很高的导电性,从而会出现大量电流,满足需求,鲁斯艾格戴尔(RussEgdell)说,他是牛津大学化学系教授,也是这篇论文的作者。


然而,二氧化铅导电性的根源,仍然存在争议。其他氧化物具有相同的结构,如二氧化钛,但却是电绝缘体。


通过结合计算化学和中子衍射(neutrondiffraction),这一小组证明,二氧化铅本质上是一种绝缘体,具有微小的电子带隙(bandgap),但不可防止地变成电子富集状态,这是由于晶格缺氧,使这种材料从绝缘体变成金属导体。


研究人员认为,这些见解可开辟新的途径,以选择改进材料,用于现代电池技术。


艾格戴尔教授说:这项研究表现出活力,他们结合了预测材料建模与最先进的实验测量。



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