- 美國(guó)科學(xué)家研制出一種新式碳纖維鋰空氣電池
- 其能量密度是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于手機(jī)、汽車(chē)中可充電鋰離子電池的4倍
美國(guó)科學(xué)家研制出一種新式碳纖維鋰空氣電池，其能量密度是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于手機(jī)、汽車(chē)中可充電鋰離子電池的4倍。
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家研制出一種新式碳纖維鋰空氣電池，其能量密度是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于手機(jī)、汽車(chē)中可充電鋰離子電池的4倍，該研究發(fā)表在最新一期《能源和環(huán)境科學(xué)》雜志上。
去年，由麻省理工學(xué)院（MIT）機(jī)械工程和材料科學(xué)與工程系教授楊紹紅（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)，通過(guò)使用稀有金屬晶體，改進(jìn)了鋰空氣電池的能量密度。從理論上來(lái)講，鋰空氣電池的能量密度大于鋰離子電池，因?yàn)椋靡粋€(gè)多孔的碳電極取代了笨重的固態(tài)電極，碳電極能通過(guò)從漂過(guò)其上方的空氣中捕獲氧氣來(lái)存儲(chǔ)能量，氧氣與鋰離子結(jié)合在一起會(huì)形成氧化鋰。
最新研究朝前邁進(jìn)了一步，制造出的碳纖維電極比其他碳電極擁有更多孔隙，因此，當(dāng)電池放電時(shí)，有更多孔隙來(lái)存儲(chǔ)固體氧化鋰。
該論文的合作者、MIT材料科學(xué)與工程系研究生羅伯特-米切爾表示：“我們利用化學(xué)氣相沉積過(guò)程種植了垂直排列的碳納米纖維陣列，這些像毯子一樣的陣列就是導(dǎo)電性高、密度低的儲(chǔ)能‘支架’。”
另一名研究人員、MIT機(jī)械工程系的研究生貝塔·加蘭特解釋道，在放電過(guò)程中，過(guò)氧化鋰粒子會(huì)出現(xiàn)在碳纖維上，碳會(huì)增加電池的重量，因此，讓碳的數(shù)量最小、為過(guò)氧化鋰留出足夠的空間非常重要，過(guò)氧化鋰是鋰空氣電池放電過(guò)程中形成的活性化學(xué)物質(zhì)。楊紹紅表示：“我們新制造出的像毯子一樣的材料擁有90%以上的孔隙空間，其能量密度是同樣重量的鋰離子電池的4倍。而去年我們已經(jīng)證明，碳粒子能被用來(lái)為鋰空氣電池制造有效的電極，但那時(shí)的碳結(jié)構(gòu)只有70%的孔隙空間。”
科學(xué)家們指出，因?yàn)檫@種碳纖維電極碳粒子的排列非常有序，而其他電極中的碳粒子非常混亂，因此，比較容易使用掃描式電子顯微鏡來(lái)觀察這種電極在充電中間狀態(tài)的行為，這有助于他們改進(jìn)電池的效能，也有助于解釋為什么現(xiàn)有系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)多次充電放電循環(huán)后，性能會(huì)下降。但將這種碳纖維鋰空氣電池商品化還需進(jìn)一步研究。
