美科学家研发纳米锂电池

2011-12-17      789 次浏览

目前,全球最小的锂电池可能是躺在美国综合纳米技术中心的纳米锂电池了。这种电池的负极由一根纳米线组成,仅有人类头发的1/7000粗细。
    该研究论文最初发表在2010年12月的美国《科学》杂志上。制作纳米锂电池的目的是要发现锂电池及其他充电电池为什么会发生最终失灵的现象,或者换句话说,这些电池是如何在每一次充放电过程中完成对电池结构的细微改变的。
    参与这项工作的三个美国科学家分别是:美能源部太平洋西北国家实验室材料科学家王重民、化学科学家吴徐和能源纳米技术中心的黄建宇。
    首先是电池制备,他们使用特殊装备的透射电子显微镜技术,正极是锂钴氧化物,负极采用细细的锡氧化物纳米线。两电极之间,电解质引导锂离子通过,但会阻挡电子通过。电解液是专门设计的,可承受显微镜下的条件。
    电池制作完成后,他们先进行充电试验,发现在恒定电压下锂离子活跃,穿过负极锡氧化物导线,淹没在阳极的电子中。从录像来看,纳米线(负极)就象一根稻草,而锂离子看起来象一种饮料,被吸入稻草。此时,导线就膨胀拉长,膨胀(即拉宽)1/3,拉长1倍,使得负极总体积增加250%,而且扭曲得象一条蛇,这种重复变形会破坏电极材料,因为这样引起的微小缺陷会随时间积累。
    经过试验,三人研究小组认为,电极变形是因为锂电池充电,长此以往,电池就不灵了。
    而电池的放电和自放电是由于负极的电子见异思迁,锂电池使用时,电子滑出负极留下锂离子,因为没有自由电子的陪伴,锂离子就又回到正极了。这一过程并未发现多少损坏。研究小组解释说,了解锂离子返回正极(即放电过程)时会留下多少结构性的破坏,将帮助研究者更进一步了解充电电池最终失效的原因。
    美国科学家制作纳米锂电池的目的是希望找到锂电池在反复充放电后不能工作的原因,从而生产出更好的锂离子电池

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