- 豆莢結(jié)構(gòu)
- 使用氧化鈷納米顆粒和納米碳纖維復(fù)合材料
- 顯著提升鋰離子電池的電池容量和儲(chǔ)電能力
- 鋰離子電池領(lǐng)域
鋰離子電池是目前日常生活中使用最為廣泛的一種電池，但多種原因?qū)е缕浯嬖谑褂脡勖踢@一缺點(diǎn)，其中電極退化問(wèn)題最讓科學(xué)家們苦惱。這是因?yàn)樵诓粩嗟姆烹姾统潆娺^(guò)程中，電池中的鋰離子會(huì)反復(fù)與金屬電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，長(zhǎng)期積累下來(lái)就會(huì)導(dǎo)致電極的逐步退化，最終對(duì)電池性能造成不可挽回的影響。
據(jù)報(bào)道，新加坡A-STAR研究院化學(xué)工程研究所的科學(xué)家們?nèi)涨把邪l(fā)出一種可減少電極退化的新技術(shù)，進(jìn)而可延長(zhǎng)鋰離子電池的使用壽命和容量保持率。
該技術(shù)使用了一種豌豆莢結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，這種材料由氧化鈷（四氧化三鈷）納米顆粒（類(lèi)似于豌豆莢中的豌豆）和納米碳纖維（類(lèi)似于覆蓋在豌豆外的豆殼）組成。氧化鈷納米顆粒作為活性材料來(lái)存儲(chǔ)鋰離子，四周的中空碳纖維則可以起到保護(hù)氧化鈷顆粒防止其斷裂的作用。此外，這些碳纖維還扮演著從納米粒子中傳導(dǎo)電子的角色。
由于與目前傳統(tǒng)的陽(yáng)極材料（如錫）相比，氧化鈷具有更強(qiáng)的離子吸附和保持能力，它被認(rèn)為是極富潛力的陽(yáng)極材料。此外，氧化鈷能很容易地轉(zhuǎn)化為已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用的陰極材料氧化鈷鋰。
為制造這種豆莢結(jié)構(gòu)材料，研究人員首先在充滿惰性氣體的密閉空間內(nèi)以700攝氏度的溫度對(duì)表面附著有聚合葡萄糖的粗制碳酸鈷進(jìn)行加熱，而后再將其放置在空氣中以250攝氏度的溫度加熱。電子掃描顯微鏡顯示，這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)上十分整齊，其長(zhǎng)度大都是幾個(gè)微米，直徑一般在50納米左右。
由這種豌豆莢結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制成的電極能顯著提升鋰離子電池的電池容量和儲(chǔ)電能力，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)50次充放電循環(huán)后，由其制成的電池仍具有91%的容量。
研究人員稱，除在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用前景外，這種豆莢結(jié)構(gòu)復(fù)合材料本身就是一個(gè)成就，因?yàn)樵摷夹g(shù)首次實(shí)現(xiàn)了將具有磁性的納米顆粒嵌入到中空的碳纖維之中。這種“納米顆粒膠囊”技術(shù)可以推廣到多個(gè)領(lǐng)域，如基因工程、催化、氣體探測(cè)、電容以及磁性材料制造等。
