电池又没电了?影响世界人民生活品质的大难题有了重大突破!

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变革家,以投资视角为您发现风险和商机!剑桥大学的科学家们受到了人体肠道构造的启发研发了一种新型锂硫电池,根据实验数据显示,它的原型电池的能量密度约为锂离子电池能量密度的5倍,如果它可以成功商业化并应用于我们的电子设备,那将大大提高电子设备的续航时长。该结果发表在Advanced Functional Materials上。

锂硫电池具有很高的能量密度,但是相比锂离子电池,它们的循环利用次数比较低。锂硫电池放电时,负极反应为锂失去电子变成锂离子,正极反应为硫与锂离子及电子反应生成链状结构的聚硫化物,正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。当锂硫电池经历了几个充放电循环后,聚硫化物会分解并进入电池的电解液中并附着在两个电极上,随着时间的推移,电池会逐渐损失储能的活性材料。

锂硫电池的易退化特性一直阻碍着它的发展,研究人员受到了人体肠道结构的启发,将仿生技术运用到了电池中。人体的肠道内附着了百万个小的像指状突起的小肠绒毛,它们用来吸收消化的食物,并且这些小肠绒毛将肠道内的作用面积增加了约30倍。通过与北京理工大学的合作,剑桥材料科学与冶金系Vasant Kumart博士团队的研究人员开发和测试了一种模仿小肠绒毛的指状突起轻质纳米材料,这层绒毛状结构的材料被放置在电池的电极表面,由微小的氧化锌线制成的,当聚硫化物分解的时候,分解物会被这些突起的纳米材料捕捉,而不会进入电解液中。

尽管锂硫电池的研究和发展已经持续了很多年,但是由于其充放电循环寿命短的特性,锂硫电池技术始终难以被商业化。剑桥大学的材料学家Paul Coxon表示“这层仿肠道绒毛的微小材料非常的重要,它使我们突破了电池发展的瓶颈”。另一位研究人员Teng Zhao表示“这也是首次提出将有序的纳米结构化学功能层加入电池的充放电过程,来捕获和重新利用已经被溶解的活性材料。通过自然界提供的灵感,我们可以为下一代电池的加速发展提出一个理想的解决方案。”

科研人员对使用了纳米结构材料的锂硫原型电池进行了200次充放电循环的测试,测试结果显示电池在每次充放电循环过程中仅损失了0.05%的能量容量,基本上可以达到和锂离子电池同样的稳定性,锂离子电池每个充放电循环损失约0.025%-0.048%的能量容量。

但是研发人员也表示他们的电池原型仅代表了一个可行性概念,想要将这个技术商业化应用于电子设备上可能还需要数年。不过我们现在已经看到了这种储能技术的稳定性,也就是说我们已经离新型的大容量电池更迈进了一步,超越了传统锂离子电池的约束。

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