@ 2017.04.04 , 13:00
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用木头来做更安全的电池

受树木结构的启发,美国马里兰大学的工程师对木头进行改造,将其作为锂金属电池负极的特殊结构,以此避免某些关键因素导致的电池故障。

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锂离子在可充电电池中移动,为手机,笔记本,甚至是灯泡提供电能。在充满电的情况下,负极:锂金属膨胀,在电量用尽的情况下,锂金属收缩。尺寸上的快速变化会导致预料之外的后果,比如锂金属表面锂的增多。这些损坏随着时间累积,将导致严重的安全隐患,如过热或着火。对此,博士生Ying Zhang提出了一种新的设计,能提升电池的能量密度,增加电池容量,并同时降低电池过热风险。

这种新型电池并非使用金属块存储锂离子,而是将其存储在木材中的天然通道中,这些通道曾被植物用于运输水和养分。

木材就像是旅馆,提供了大量房间(通道),能够容纳许多住客(锂金属)。随着锂金属“住客”进入木质旅馆,旅馆能容纳所有住客,将他们舒服、安全地安置在每个房间内,同时维持木头的外部结构。每个房间内容纳的住客可多可少,但总体结构不会被破坏或者坍塌。

这样做出来的电池十分安全,可进行快速的充电和放电。工程师们用电流密度对电池进行度量,即锂金属在表面聚集的速度,高电流密度相当于木头旅馆客流量较大,但当旅馆门口堵塞时可能出现一些问题。通过简单地增加供锂离子通行的门的数量可以避免这个问题,这正是该研究中使用的方法。虽然同一时间锂金属客人通行的总量不变,但每个门经过的客人数目很少,即局部电流密度较小。通过利用木头主人每个通道内具备的较大表面积,可降低局部电流密度,使得锂金属的受控移动更加容易。

在电池中使用大量锂金属箔片是传统的替代方式,就像只有一个供客人进出的门,这样的旅馆并不稳定。当电池处于高电流密度的情况下,单个门不足以应对大流量的客人,因此很容易损坏,导致电池内部出现隐患。另一方面,木头旅馆的设计,由于其具备大量笔直通道,为住客提供了多个通行门户,因此锂电池可分别进入独立的通道,即使在高电流密度(3mA/cm2)下也能井井有条,避免了可能导致电池故障的树形分枝结构。

项目领导者、材料科学与工程系副教授、大学能量研究中心成员Liangbing Hu说:

我们正在研究使用天然材料改进电池,这只是我们研究的一部分。我们从天然的生物结构中得到灵感,创造了存储能量的新方式,现在我们也能使用可再生材料了。

该研究已被发表在3月20日的美国国家科学院论文集上,题为“大容量,低弯曲度及通道引导的锂金属电极。”

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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  1. 3416756

    不会造成很快没法充进电吗?

  2. 3416757

    已过四十分钟。支持

  3. 3416758

    体积会很大吧?

  4. 我送你离开
    @1 year ago
    3416772

    应该是仿生设计,不是直接拿木头来用吧==

  5. 3416810

    @我送你离开: 木材是碳化后的

  6. 煎鸡蛋
    @1 year ago
    3416855

    会爆炸吗?

  7. 3416894

    3mA/cm2也高吗

  8. 3416900

    3mA/cm2也高嘛

  9. 咕咕
    @1 year ago
    3417157

    跟写小说样的,不商用不信

  10. dogisacat
    @1 year ago
    3417235

    @咕咕: 对于投资者来说,商用前才是考验目光的最关键时间。所以这些研究一般是写给他们看,不是我们。

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