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2017年9月22日星期五

“分子輪鎖”技術可打造壽命更持久的矽陽極電池

據外媒報道,長壽命電池的想法,距離實現又更近了一步。之前的問題是,某種電池材料可以擁有很大的能量,但是很快就會分解掉。好消息是,通過'輪鎖'結構來保持電池中的矽材料的話,就可以克服這個缺點。對於製造商們來說,與其選擇石墨,他們更喜歡用矽元素來製作電池的陽極組件,畢竟後者能夠儲存 5 倍以上的能量。不過它也不是沒有缺點,特別是容易在膨脹 400% 後破裂,意味著這類電池的壽命很糟糕。

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滑輪狀的多聚準輪烷(ring-sliding polyrotaxanes),賦予了新電池粘合劑異常高的彈性,以延長鋰離子電池中矽微粒電極的循環壽命。


根據近日發表在《科學》(Science)期刊上的一篇文章,科學家們已打造出了分子級的"工程滑輪"。這些滑輪能夠將矽元素緊緊鎖住,所以不會導致其膨脹。

測試發現,新型電池可在數百次循環周期後,依然保有 98% 的電量、且續航能力與石墨陽極相當。顯然,這項儲能技術的重大進步,可極大推進電動汽車等領域的發展。

下麵介紹下電池是如何工作的:

電池兩端分為陰陽極,其中鋰陰極帶有正電子、陽極則有帶負電荷的離子。

充電的時候,鋰離子會從陰極跑到陽極;放電的時候,這個過程又會反過來。

論文合著者、韓國科學技術院(KAIST)工程師 Jang Wook Choi 表示:

通常情況下,陽極使用石墨製成的。早期針對矽陽極的研究,多采用了一種粘合劑。然而這種工藝太生硬,無法隨著矽移動或牢固鎖住粒子。

不過在新研究中,Choi 團隊打造出了一種雙效粘合劑,它不僅彈性好得可以適應膨脹、但又強韌得不讓矽破散掉。論文合著者,同樣來自 KAIST 的 Ali Coskun 表示:

這種'輪鎖'被稱作"聚輪烷"(Polyrotaxane),由一種套著可以上下滑動的'螺紋圈'組成。它可以隨著矽陽極的膨脹而動,同時用力鎖住、防止其膨脹過頭而解體。

需要指出的是,Coskun 是在美國西北大學導師、2016 諾貝爾化學獎得主 Fraser Stoddart 名下念的博士後。

[編譯自:TheVerge]

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