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科学家研究出新型电池
科学家研究出新型电池
  • 发布时间:2021-02-07 15:37

科学家研究出新型电池

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科技的进步将我们身上穿戴的眼镜、手表、项链等物品的名字前加上了“智能”二字,就连以前用来打电话发短信的手机也变成了智能手机。智能设备确实功能更加齐全,不过智能化就更加便利了吗?别的不清楚,至少在充电这点不是。


现在主流的锂电池续航能力也只有几天,而且穿戴设备一般体积较小,锂电池的能量密度决定它的体积占比小不了。核电池虽然能量密度大,但是谈“核”色变。那如何解决现在的智能穿戴设备的电池问题?锂电池的下一代是什么?就有科学家提出“可打印柔性电池”的概念。


可打印柔性电池?


现在柔性电池并不是科学家们解决设备供电问题的概念了,加州大学研究人员已经将它造出,使用3D打印机生产出了极其微小的锌电池颗粒。当然也有很多种材料,研究领域碳纤维和石墨烯比较受欢迎,但是目前在电池制造领域锌电池更符合要求(比如成本并不是特别高)。


那既然是锂电池的接班人在供电性能上自然要更胜一筹,首先从金属角度看锌比锂更加稳定,更不容易发生化学反应,这就增强了电池反复充电的能力。然后就是电解过程,锌会呈现出像树枝一般的形态,从一个电极蔓延到另外一个电极,这减少了不必要的耗电量,续航时间更长。


最后就是柔韧度,并不是其他金属不能做柔性电池,只是在做电池柔韧度测试时发现,其他电池在经历1000次左右的弯曲后折断,而锌电池还保持保持稳定的柔韧度。折断放在电池上后果可能是材料磨损和电解质泄露引发的安全问题。


最新进展


柔性电池的能量密度能有多高?近日,科学家为柔性设备开发出了一种实验性质的化学电池,据说能量密度是当前锂离子的10倍。这项研究中提到的电池是一种称为氧化银锌的化学电池。


其实考虑到能量密度和安全性能,氧化银锌电池一直是研究重点。电池的阴极使用氧化铅涂层,可以改善电池的电化学稳定性和导电性,并降低电池对交流电的抵抗力。但是这项技术为什么没有被广泛应用呢?成本方面就不说了,技术方面则是不稳定点循环(电池寿命短)。


那这次研究又有什么突破呢?研究人员这次采用的方法是丝网印刷氧化银-锌电池,并且在无菌、真空条件下将印刷出的单元电池装配在一起,这就解决了电池不稳定循环的问题。经过实验研究人员找到了打印用的“墨水配方”,将电池的集电器、锌阳极、新阴极和隔板逐层丝网印刷在化学稳定的聚合物膜上,该膜的熔点约为200°C。


至于测试,已对印制的电池单元进行了80多个循环的充电,而显示出任何明显的容量损失迹象。尽管反复弯曲和扭曲,单元电池也保持正常的功能。经对比,如果这种电池用于智能穿戴设备,可以提供比同等大小的典型锂离子电池多5至10倍的功率。


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