研究人員開發(fā)出新型可充電電池 儲存電量為當前電池的6倍

時間:2021-08-30 08:20來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源：斯坦福大學）
 
       據(jù)外媒報道，由斯坦福大學（Stanford University）領導的一個國際研究小組開發(fā)出新型可充電電池，其可儲存的電量是當前電池的6倍。該研究將加速可充電電池的應用，并使電池研究人員不斷實現(xiàn)該領域的目標：打造出一種高性能的可充電電池，可以使手機每周只需充電一次，使電動汽車的續(xù)航里程提高6倍。
 
       該新型電池名為堿金屬氯電池，由斯坦福大學化學教授Hongjie Dai和博士生Guanzhou Zhu領導的研究小組基于氯化鈉（Na/Cl2）或氯化鋰（Li/Cl2）到氯的來回化學轉換開發(fā)得出。當電子從可充電電池的一側移動到另一側時，可充電電池會將化學物質恢復到其原始狀態(tài)以等待再次使用。但不可充電電池的電量用完后，其化學物質就無法恢復。
 
       Dai表示：“可充電電池有點像搖椅。它會朝一個方向傾斜，但當你充電時又會變得搖擺不定。而新型可充電電池就像一把高搖椅。”
 
       意外發(fā)現(xiàn)
 
       至今還沒有人研制出高性能可充電鈉-氯或鋰-氯電池，因為氯的反應性太強，難以高效地轉化回氯化物。盡管部分電池可以實現(xiàn)一定程度的可充電，但性能也很差。
 
       事實上，Dai和Zhu一開始沒有打算制造可充電的鈉-氯電池和鋰-氯電池，只是為了使用亞硫酰氯改進現(xiàn)有的電池技術。亞硫酰氯是鋰亞硫酰氯電池的主要成分之一，而鋰亞硫酰氯電池是20世紀70年代首次發(fā)明的一種一次性電池。
 
       但在早期的一項涉及氯和氯化鈉的實驗中，斯坦福大學的研究人員注意到，一種化學物質向另一種化學物質的轉化可以穩(wěn)定下來，從而實現(xiàn)部分可充電性。Dai稱：“我認為這不可能，但我們至少花了一年時間才真正意識到發(fā)生了什么。”
 
       之后幾年里，該團隊闡明了該可逆化學物質，并通過對電池正極的許多不同材料進行試驗，尋找提高其效率的方法。通過使用臺灣中正大學（National Chung Cheng University of Taiwan）的Yuan-Yao Li教授和他的學生Hung-Chun Tai的先進多孔碳材料形成電極時，研究人員取得了重大突破。該碳材料具有納米球結構，且充滿許多超細孔。在實踐中，這些空心球就像一塊海綿，吸收了大量原本敏感的氯分子，并將它們儲存起來，隨后在微孔內轉化為鹽。
 
       Zhu解釋道：“當電池充電時，氯分子被困在碳納米球的微孔中并受到保護，然后當電池需要排空或放電時，我們可以將電池放電并將氯轉化為NaCl，也就食鹽，并在多次循環(huán)中重復這個過程。目前，我們最多可以循環(huán)200次，但仍有改進的空間。”
 
       該結果是電池設計在高能量密度方面再次取得進展。迄今為止，研究人員已實現(xiàn)正極材料比容量為1,200毫安時每克，而當前商用鋰離子電池的容量為200毫安時每克。”
 
       研究人員預測該電池將會用于無法頻繁充電的場景，例如衛(wèi)星或遠程傳感器。許多衛(wèi)星由于電池沒電而漂浮在軌道上。但配備長壽命可充電電池的未來衛(wèi)星可以配備太陽能充電器，從而多次擴展其實用性。不過就目前而言，他們開發(fā)的工作原型可能仍適用于小型日常電子產品，如助聽器或遙控器。對于消費電子產品或電動汽車，在設計電池結構、增加能量密度、擴大電池規(guī)模和增加循環(huán)次數(shù)方面還有很多工作要做。
 
(責任編輯：子蕊)
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