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可用于航空航天设备中的硅电池,存储容量提高多达10倍

2020年09月11日 11:42 次阅读

众所周知,电池无人机等无人系统的短板,对更好的电池的追求意味着对替代材料的探索,科学家认为硅具有很大的前景。克莱姆森大学(Clemson University)的一个团队提出了一种新设计,该设计克服了将这种材料并入锂离子电池中的一些问题,能够制造出一种轻质而高容量的电池,可用于各种航空航天设备。

长期以来,科学家一直在努力研究锂离子电池中硅的潜力。用这种材料来代替目前使用的石墨作为阳极组分可以使这些设备的存储容量提高多达10倍,但是首先需要解决一些问题。

在这些情况下,硅不具有与石墨相同的耐久性,随着电池的充电和放电,硅容易膨胀、收缩和分解成小块。这导致阳极的劣化和电池的故障,但是多年来,我们已经看到了许多潜在的解决方案,包括在将硅集成到设备中之前,先将硅制成海绵状纳米纤维或微小的纳米球。

克莱姆森大学(Clemson University)的一项新研究希望借助称为Buckypaper的碳纳米管片来增强硅的可靠性,我们还发现这种碳纳米管已用于开发下一代飞机隔热罩。这些薄片与微小的纳米级硅颗粒配对,该团队称这种布置很像一副纸牌,硅颗粒夹在每一层之间。

可用于航空航天设备中的硅电池,存储容量提高多达10倍

该研究的第一作者Shailendra Chiluwal说:“独立的碳纳米管片使硅纳米粒子彼此电连接。” “这些纳米管形成了准三维结构,即使经过500次循环,也将硅纳米粒子保持在一起,并减轻了由于纳米粒子破裂而产生的电阻。”

该团队认为,这种方法的优点在于,即使电池的充电和放电导致硅颗粒破裂,它们仍会锁定在三明治结构内并能够执行其功能。从理论上讲,这意味着该功能正常但实验性的电池具有更高的容量,这意味着能量可以存储在更轻的电池中,从而降低了设备的整体重量。

作为一项奖励,纳米管的使用创造了一种缓冲机制,该机制使电池能够以当前迭代速度的四倍进行充电。这些轻量,快速充电的高容量电池可用于多种用途,包括电动汽车,但太空是该团队真正发挥潜力的领域,该项目的部分资金来自NASA。

研究作者Ramakrishna Podila说:“大多数卫星主要从太阳获取能量。” “但是,当卫星处于地球的阴影中时,它们必须能够存储能量。我们必须使电池尽可能轻,因为卫星的重量越重,其任务成本就越高。”

究人员说,其他可能性包括太空服和火星探测器的动力系统。他们现在正在与行业合作伙伴合作,以期将这项技术带出实验室并进入现实世界。

责任编辑:gt

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