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美發(fā)明新碳纖維鋰空氣電池 能量密度大幅改進(jìn)

發(fā)布時間:2011-08-02 來源:科技日報

新聞事件:
  • 美國科學(xué)家研制出一種新式碳纖維鋰空氣電池
事件影響:
  • 其能量密度是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于手機(jī)、汽車中可充電鋰離子電池的4倍

美國科學(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)、汽車中可充電鋰離子電池的4倍。

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)報道,美國科學(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,通過使用稀有金屬晶體,改進(jìn)了鋰空氣電池的能量密度。從理論上來講,鋰空氣電池的能量密度大于鋰離子電池,因為,它用一個多孔的碳電極取代了笨重的固態(tài)電極,碳電極能通過從漂過其上方的空氣中捕獲氧氣來存儲能量,氧氣與鋰離子結(jié)合在一起會形成氧化鋰。

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,有更多孔隙來存儲固體氧化鋰。

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,在放電過程中,過氧化鋰粒子會出現(xiàn)在碳纖維上,碳會增加電池的重量,因此,讓碳的數(shù)量最小、為過氧化鋰留出足夠的空間非常重要,過氧化鋰是鋰空氣電池放電過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,碳粒子能被用來為鋰空氣電池制造有效的電極,但那時的碳結(jié)構(gòu)只有70%的孔隙空間。”

科學(xué)家們指出,因為這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?;靵y,因此,比較容易使用掃描式電子顯微鏡來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)過多次充電放電循環(huán)后,性能會下降。但將這種碳纖維鋰空氣電池商品化還需進(jìn)一步研究。

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