自組裝 3D 螺旋結構電池,可在數秒內為設備充飽電

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 22 日 18:49 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

美國康乃爾大學研究人員設計出一種新的電池架構,陽極與陰極不再分站兩側,而是交織在一個自組裝的 3D 螺旋結構中,不只能實現現今人人追求的閃電般快速充電,還能擁有更大儲能容量。有多快?研究人員估計從你的電子設備連接插座後幾秒鐘內就可充飽電。



傳統電池結構分為 3 個主要結構:陽極(-)、陰極(+)與電解質,在電池內部,化學反應於陽極引起電子累積,這些電子想尋找反電荷而走向陰極,但它們又被電解質阻擋,最後它們沿著外部電路行進,在途中為各種電子設備供電。

這麼多年來,電池產業始終無法再突破瓶頸不是沒有原因,雖然工程師一直在努力尋找提高電池效率的方法,但目前最好的鋰離子電池仍卡在陽極材料限制。

不過康乃爾大學材料科學與工程學教授 Ulrich Wiesner 領導的團隊設計出一種新電池架構,或許能帶來革命性突破。他們將陽極和陰極交織在一個自組裝的 3D 螺旋結構中,由碳薄膜構成的陽極包含數千個只有 40 奈米寬的孔隙,表面被一層 10 奈米厚的絕緣層覆蓋,接著再添加硫陰極,但硫可以接收電子卻不導電,所以最後用名為聚二氧乙基噻吩(PEDOT)的導電高分子材料填滿孔隙。

(Source:取自團隊線上論文

每個孔隙都儲存了可觀能量,使它們幾乎自成小電池,擴展到螺旋狀表面後還可以提供比傳統電池設計更高的功率密度,也就是說,當你將充電線接上插座那一刻起,充電速度將變快到幾秒鐘內就能為電子設備充飽電。

不過團隊承認新設計並非沒有缺陷,當電池充放電時,硫陰極會膨脹,但 PEDOT 層不會,所以後者會隨時間推移磨損。團隊仍在持續鑽研改善技術,目前還不清楚它是否具備商業化實力,但團隊正在獲取專利保護。論文已發表在英國皇家學會出版的《能源與環境科學》期刊。

(首圖來源:康乃爾大學