美國堪薩斯州立大學(xué)工程師研發(fā)出一種類似紙一樣的電池電極，可幫助開發(fā)出更好的太空探索或無人機工具。
機械和核工程副教授Gurpreet Singh及其研發(fā)小組采用碳氧化硅玻璃和石墨烯創(chuàng)造出電池電極。
此種電池電極具備很多特性：比其他電池電極輕10%之多，循環(huán)效率接近100%，超過1000次充電放電循環(huán);制作材料成本低廉，由硅行業(yè)附屬品制成;可在零下15℃時正常工作，可廣泛應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。
Singh的研究團隊一直在探索電池電極設(shè)計的新型材料組合，發(fā)現(xiàn)很難實現(xiàn)將石墨烯和硅合并到實際的電池中，其存在很多技術(shù)挑戰(zhàn)--例如單位體積內(nèi)電容量小、循環(huán)效率低以及化學(xué)-機械的不穩(wěn)定性。
該團隊通過制造一個自支撐以及由被稱為硅碳氧化物的玻璃陶瓷夾在化學(xué)或非化學(xué)改性的石墨烯片狀材料構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)的電極，解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)。
該電極電容量高，每克約為600毫安小時--每立方厘米400毫安小時。此種類似紙一樣的設(shè)計是由20%的化學(xué)改性石墨烯片狀材料構(gòu)成。
此種類似紙一樣的設(shè)計與現(xiàn)在使用的電池電極不同，因為它消除了金屬箔支持和聚合物膠。這種設(shè)計可將電池總重量減輕10%。
這種輕量級電極能存儲鋰離子和電子，循環(huán)效率接近100%，超過1000次充電放電循環(huán);最重要的是這種材料在實際應(yīng)用中也可達到這種水平。
這種類似紙一樣的電極電池，當處于零下15℃長達一個月之久時，電容量可達到每克200毫安小時。很多電池在這么低的溫度下都無法正常工作。
碳氧化硅電極預(yù)計成本較低，因為原料-液態(tài)樹脂是硅產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品。
展望未來，Singh及其團隊要應(yīng)對實際挑戰(zhàn)。Singh的目標是生產(chǎn)出更大尺寸的電極材料。例如，現(xiàn)在的鉛筆芯電池使用石墨涂層銅箔電極長度超過一英尺。該團隊還要進行機械彎曲試驗看他們?nèi)绾斡绊懶阅軈?shù)。
碳氧化硅也可通過3D打印技術(shù)完成，這將是我們研究的另外一個領(lǐng)域。
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