鉅大LARGE | 點擊量:895次 | 2021年09月22日
透明鋰離子電池帶來新潮產(chǎn)品
把一種電極材料溶液滴到刻有網(wǎng)狀細槽的聚二甲基硅氧烷表面,毛細管用途吸引這種溶液進入,直到它們充滿所有的細槽,形成網(wǎng)格,這就制成透明電極,斯坦福大學(StanfordUniversity)的研究人員制成了完全透明的電池,這是最后缺少的組件,要用它來制備透明顯示器和其他電子設(shè)備。透明電源:透明的鋰離子電池就像這一塊,最終能夠驅(qū)動透明的便攜式電子產(chǎn)品。來源:麻省理工科技創(chuàng)業(yè)
斯坦福大學材料科學教授崔毅(YiCui)領(lǐng)導這項工作,他說,大量的研究都是讓電池儲存更多能量,使用更長時間,但很少有人注意到讓它們更漂亮,更別致。
科學家此前曾制成透明的產(chǎn)品,屬于其他重要類別的電子產(chǎn)品,包括晶體管和用于控制顯示器的組件,但尚未制成電池。假如不能使電池透明,你就不能讓這些裝置透明,崔毅說。
有些電池組件比其他組件更容易使用透明材料制備。電極是最棘手的部分,崔毅說。有一種方法可以制作透明電極,那就是使它非常薄,大約接近100納米厚。但是,很薄的電極通常無法存儲足夠的能量以供使用。
另一種方法,是制作電極時采用一種形式的模式,它具有的特點更小,肉眼看不見。只要電池內(nèi)總體上有足夠的電極材料,這種類型的電極仍可以存儲大量能量。崔毅設(shè)計了一種網(wǎng)狀電極,網(wǎng)格的所有行距大約50微米,可以有效隱形,網(wǎng)格內(nèi)的方塊不包含電池材料。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
制造也非常棘手,因為用通常的方法制備組件,這種分辨率就要求苛刻的化學工藝,會損壞電池材料。相反,斯坦福大學的小組采用了一種相對簡單的方法,制成這種透明的網(wǎng)狀電極,這些電極被結(jié)合在一起,處于一種透明、濕軟的聚合物內(nèi),這種聚合物稱為聚二甲基硅氧烷(PDMS:Polydimethylsiloxane)。
他們開始是采用光刻技術(shù),在硅晶片上做出模具。然后,他們把液態(tài)聚二甲基硅氧烷傾倒在模具上,加工硫化聚合物,使它凝固,并使它剝離模具。然后,這種聚二甲基硅氧烷片被刻上一種網(wǎng)格狀細槽。接著,他們把一種電極材料溶液滴到聚二甲基硅氧烷表面。毛細管用途(Capillaryaction)牽引這種材料進入,直到它們充滿所有的細槽,形成網(wǎng)格。研究人員使用標準鋰離子電池材料,制作他們的電極。
為了制成完整的電池,他們把一塊透明的膠體電解質(zhì)夾在兩個電極之間,把它們一起放入一個保護性塑料包裝內(nèi)。斯坦福大學的研究人員創(chuàng)造了原型,并使用它們驅(qū)動LED,LED的光可以透過電池本身看到。
崔毅說,從理論上講,這些電池應(yīng)該能夠存儲一半左右的能量,這是比較同等大小的不透明電池而言,因為能量密度和透明度之間有一種權(quán)衡。他們可以放上一塊較厚的網(wǎng)狀電極材料,以儲存較多的能量,但是這就意味著較少光線可以透過。
到目前為止,他的實驗室原型每公升可存儲20瓦時,蓄電量大約相當于一塊鎳鎘電池(nickel-cadmiumbattery),但崔毅希望提高一個量級,這在某種程度上要降低聚合物基板的厚度,也要使容納電極材料的細槽更深。
另一種方式可以存儲更多的能量,又不犧牲透明度,那就是堆疊多個單元格,彼此重疊,要采取這樣一種方式,讓電極的網(wǎng)格對準,使光線可以透過。到目前為止,這個小組已制成的電極直徑有一英寸,但崔毅表示,它們可以做得更大,這種材料可以簡單地被切成所需的尺寸。
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