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可用於航空航天設備中的硅電池,存儲容量提高多達10倍

2020年09月11日 11:42 次閲讀

眾所周知,電池無人機等無人系統的短板,對更好的電池的追求意味着對替代材料的探索,科學家認為硅具有很大的前景。克萊姆森大學(Clemson University)的一個團隊提出了一種新設計,該設計克服了將這種材料併入鋰離子電池中的一些問題,能夠製造出一種輕質而高容量的電池,可用於各種航空航天設備。

長期以來,科學家一直在努力研究鋰離子電池中硅的潛力。用這種材料來代替目前使用的石墨作為陽極組分可以使這些設備的存儲容量提高多達10倍,但是首先需要解決一些問題。

在這些情況下,硅不具有與石墨相同的耐久性,隨着電池的充電和放電,硅容易膨脹、收縮和分解成小塊。這導致陽極的劣化和電池的故障,但是多年來,我們已經看到了許多潛在的解決方案,包括在將硅集成到設備中之前,先將硅製成海綿狀納米纖維或微小的納米球。

克萊姆森大學(Clemson University)的一項新研究希望藉助稱為Buckypaper的碳納米管片來增強硅的可靠性,我們還發現這種碳納米管已用於開發下一代飛機隔熱罩。這些薄片與微小的納米級硅顆粒配對,該團隊稱這種佈置很像一副紙牌,硅顆粒夾在每一層之間。

可用於航空航天設備中的硅電池,存儲容量提高多達10倍

該研究的第一作者Shailendra Chiluwal説:“獨立的碳納米管片使硅納米粒子彼此電連接。” “這些納米管形成了準三維結構,即使經過500次循環,也將硅納米粒子保持在一起,並減輕了由於納米粒子破裂而產生的電阻。”

該團隊認為,這種方法的優點在於,即使電池的充電和放電導致硅顆粒破裂,它們仍會鎖定在三明治結構內並能夠執行其功能。從理論上講,這意味着該功能正常但實驗性的電池具有更高的容量,這意味着能量可以存儲在更輕的電池中,從而降低了設備的整體重量。

作為一項獎勵,納米管的使用創造了一種緩衝機制,該機制使電池能夠以當前迭代速度的四倍進行充電。這些輕量,快速充電的高容量電池可用於多種用途,包括電動汽車,但太空是該團隊真正發揮潛力的領域,該項目的部分資金來自NASA。

研究作者Ramakrishna Podila説:“大多數衞星主要從太陽獲取能量。” “但是,當衞星處於地球的陰影中時,它們必須能夠存儲能量。我們必須使電池儘可能輕,因為衞星的重量越重,其任務成本就越高。”

究人員説,其他可能性包括太空服和火星探測器的動力系統。他們現在正在與行業合作伙伴合作,以期將這項技術帶出實驗室並進入現實世界。

責任編輯:gt

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