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你的膝盖和智能手机电池有着惊人的相似需求,密歇根大学的一位教授发现,而这一新的见解已经导致了一种“结构电池”的原型,它结合了软骨状的材料,使电池非常耐用且易于成型。
你的膝盖和智能手机电池有着惊人的相似需求,密歇根大学的一位教授发现,而这一新的见解已经导致了一种“结构电池”的原型,它结合了软骨状的材料,使电池非常耐用且易于成型。

文摘:
-您的膝盖和智能手机电池有一些惊人的相似需求,密歇根大学的一位教授发现,而这一新的见解也导致了一种“结构电池”的原型,它结合了软骨状的材料,使得电池非常耐用且易于成型。

软骨可能是安全“结构电池”的关键。

安阿伯市Mi 1月11日发布,二千零一十九

结构电池背后的想法是将能量储存在结构部件中——无人机的机翼或电动汽车的保险杠,为例。它们一直是研究人员和工业界的长期目标,因为它们可以减轻重量并扩大范围。但是结构电池到目前为止很重,短暂或不安全。

在ACS Nano上发表的一项研究中,研究人员描述了他们是如何用软骨状固体电解质制造出一种抗损伤的可充电锌电池的。他们表明,这种电池可以取代几种商用无人机的顶部外壳。原型电池可以以90%的容量运行100多个周期,在不失压、不起火的情况下,能承受剧烈冲击甚至刺伤。

“同时也是结构部件的电池必须是轻的,强,安全、容量大。不幸的是,这些要求通常是相互排斥的。约瑟夫·B。佛罗伦萨五号Cejka工程教授,谁领导了这项研究。

利用软骨的特性

为了避免这些权衡,研究人员使用了锌——一种合法的结构材料——以及类似软骨胶原纤维的支化纳米纤维。

“大自然没有锌电池,但它必须解决类似的问题,”科托夫说。软骨被证明是电池中离子传输材料的完美原型。它有惊人的机械性能,与它的厚度相比,它为我们服务了很长一段时间。分离电池中阴极和阳极的固体电解质也需要同样的质量。

在我们的身体里,软骨结合了机械强度和耐久性以及让水,营养物质和其他物质在其中流动。这些性质几乎与一种好的固体电解质相同,它必须抵抗树突的破坏,同时也让离子从一个电极流到另一个电极。

树突是金属的卷须,穿过电极之间的隔板,为电子创造一条快车道,短路并可能引起火灾。锌以前一直被忽视的可充电电池,因为它往往会在几个充电/放电周期后短路。

科托夫的研究小组不仅可以在电极之间输送锌离子,它们还可以阻止锌穿透树突。像软骨一样,这些膜是由超强的纳米纤维与柔软的离子友好材料交织而成。

的电池,芳纶纳米纤维——防弹背心上的材料——代表胶原蛋白,与聚氧化乙烯(链状,碳基分子)和锌盐替代软骨的软成分。

演示安全性和实用性

为了制造工作单元,研究小组将锌电极与氧化锰配对,氧化锰是标准碱性电池中的一种化合物。但是在可充电电池里,软骨状膜取代了标准的隔膜和碱性电解质。作为无人机的二次电池,锌电池可以将飞行时间延长5%到25%——这取决于电池的大小,无人机的质量和飞行条件。

安全是结构电池的关键,因此,研究小组故意用刀刺伤他们的细胞。尽管有多处“伤口”,电池仍继续放电接近其设计电压。这是可能的,因为没有液体泄漏。

就目前而言,锌电池是最好的二次电源,因为它们不能像锂离子电池一样快速充电和放电。但是Kotov的团队打算探索是否有更好的合作电极可以提高锌充电电池的速度和寿命。

这项研究得到了空军科学研究办公室和国家科学基金会的支持。科托夫在化学工程系任教。他还是材料科学与工程教授,大分子科学与工程。

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