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羅克韋爾/Allen Bradley
據(jù)外媒報(bào)道，布朗大學(xué)(Brown University)和愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室(Idaho National Laboratory)研究人員認(rèn)為，制造使用壽命更長的電池，關(guān)鍵可能在于如何使物體變得清潔，尤其是類似于肥皂的工作原理在這個(gè)過程中發(fā)揮的作用。
以洗手為例。人們用肥皂洗手時(shí)會(huì)形成一種膠束結(jié)構(gòu)，這些膠束可以將油脂和污垢包裹起來，從而使其更容易被水沖洗掉。在這項(xiàng)新研究中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)新型局部高濃度電解質(zhì)(localized high-concentration electrolyte)時(shí)也出現(xiàn)了類似的過程。這種電解質(zhì)已成為開發(fā)更持久鋰電池的富有前景的物質(zhì)之一。研究人員表示，對于這一過程如何運(yùn)作的全新認(rèn)識(shí)，有望完全打開這一新興技術(shù)領(lǐng)域的大門。
布朗大學(xué)工程學(xué)院Yue Qi教授表示：“總體而言，研究人員希望改善并提高電池的能量密度，也就是電池每次循環(huán)能儲(chǔ)存的能量，以及電池的持續(xù)循環(huán)次數(shù)。為了做到這一點(diǎn)，需要更換傳統(tǒng)電池內(nèi)部的材料，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能更高的長壽命電池。想想可以為一部手機(jī)供電一周或更長時(shí)間的電池，或者能夠續(xù)航500英里的電動(dòng)汽車。”
現(xiàn)在，研究人員日益關(guān)注由鋰金屬制成的電池，因其儲(chǔ)能能力比鋰離子電池高得多。在鋰離子電池中，電解質(zhì)支持電荷在電池的兩端之間通過，從而引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)將存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。但是，這種傳統(tǒng)電解質(zhì)由溶解在液體溶劑中的低濃度鹽制成，在金屬電池中無法有效地發(fā)揮作用。
因此，愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室和太平洋西北部國家實(shí)驗(yàn)室(Pacific Northwest National Laboratory)的研究人員設(shè)計(jì)了局部高濃度電解質(zhì)來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。這種電解質(zhì)通過混合溶劑中的高濃度鹽與稀釋劑液體而制成，具有更好的流動(dòng)性，可以維持電池功率。目前，這種新型電解質(zhì)已在實(shí)驗(yàn)室測試中顯示出富有前景的結(jié)果，但其工作原理和原因尚未完全明了，從而限制其有效性以及下一步開發(fā)。這就是新研究要幫助解決的問題。
橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究人員Bin Li表示：“這項(xiàng)研究提供了統(tǒng)一的理論來解釋為什么這種電解質(zhì)效果更好，關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)在于這種電解質(zhì)內(nèi)可以形成膠束狀結(jié)構(gòu)，如同肥皂一樣。通過觀察可以看出，溶劑與稀釋劑和鹽結(jié)合在一起，可以發(fā)揮肥皂或表面活性劑的作用，從而將其自身包裹在膠束中心的較高濃度的鹽周圍。”
在此基礎(chǔ)上，研究人員可以分析實(shí)現(xiàn)電池最佳反應(yīng)所需的比例和濃度，從而幫助解決設(shè)計(jì)這種電解質(zhì)的主要問題之一，即找到三種成分的適當(dāng)平衡點(diǎn)。事實(shí)上，這項(xiàng)研究具有指導(dǎo)性作用，有助于使局部高濃度電解質(zhì)發(fā)揮作用，甚至可以提高其效力。
愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員將這一理論付諸實(shí)踐，結(jié)果發(fā)現(xiàn)到目前為止這一理論是成立的，并且有助于延長鋰金屬電池的壽命。但是，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為在解決高密度電池的電解質(zhì)設(shè)計(jì)瓶頸方面仍需進(jìn)行深入探索。
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