格拉斯哥大学工程师开发出“蔬菜”电池

2021-03-29 11:30     盖世汽车

据外媒报道,格拉斯哥大学的研究人员一直在研究开发更具可持续性的锂离子电池,以提高存储和电能输送的效率。最近,研究取得成果,研究人员制造出一种新型3D打印电池,可使用由植物淀粉制成的电极以及碳纳米管,可为移动设备提供更环保、容量更高的电源。

锂离子电池轻巧、结构紧凑,且可承受多次充放电循环,非常适合在多种设备中使用,包括笔记本电脑、手机、智能手表和电动汽车。像众多电池一样,锂离子电池正极通常由锂钴/锰氧化物或磷酸铁锂制成,而负极由锂金属制成。在充电过程中,锂离子通过电解质从正极流向负极,并储存于负极中;放电过程中,离子又以相反的方向流动,通过电化学反应产生电能。

但锂离子电池存储和释放电能的电流设计存在物理限制,其中之一就是电极的厚度。较厚的电极会限制锂离子在电极上的扩散,从而限制其比能量。电极厚度增加还会降低其应变容差,变得更易于破裂。一旦电极破裂,电池将无法继续使用。

该研究小组研发的电池通过引入微小的纳米级和微尺度孔或细孔,可使电极尺寸和表面积更平衡。与外部尺寸相同的固体电极相比,通过在电极表面和内部打细孔可大大增加表面积。为此,研究人员使用了增材制造技术(也称为3D打印),严格控制电极中每个孔的大小和位置。

研究人员还在3D打印机中添加了新开发的结合聚乳酸、磷酸铁锂和碳纳米管的材料,其中聚乳酸是一种可生物降解的材料,由玉米、甘蔗和甜菜的淀粉加工而成,可提高电池的可回收性。

研究人员制作出厚度分别为100、200和300微米的三种圆形电极,并采用不同的材料组合测试每个电极。通过在整个电极中引入严格控制的孔网格,可将材料混合物中碳纳米管占比从3%变为10%,将孔隙率从10%变为70%。

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