前沿科技之納米碳管大容量鋰電池

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麻省理工學院（MIT）的研究人員取得了一項新的研究成果有望使得電池容量大大增加。他們發現采用納米碳管作為電池一端電極可獲得十倍于現有的鋰電池的容量。這種新電極將可能用在小型便攜式設備中，而且進一步的研究將使得這種大容量電池得以應用于實際。
) ?" b3 Z# z7 T7 f  L4 D為了使得新電極材料產生能改善性能，研究小組人員采用了一種層疊的制造工藝，這樣基質被浸泡在含有納米碳管溶液中，納米碳管由有機化合物處理過帶有正或者負電荷，由于電荷的作用基質的表面就能沉積一層穩定的耐久的薄膜。
% d: N9 _; ~; C, e, E* }# c這項研究是由MIT機械工程和材料科學工程的副教授Yang Shao-Horn領導，該項成果在近期的Nature Nanotechnology發表，作者還包括化學工程專業學生Seung Woo Lee和博士后Naoaki Yabuuchi等。
鋰電池廣泛地被應用于便攜式電子設備，由陽極、陰極、電解質、和可移動的導電離子構成。當電池在使用時，正電荷的鋰離子經由電解質向陰極移動產生電流，而充電時外部電流使得鋰離子朝反方向運動在陽極的多孔材料的空間中存儲。
納米碳管由純碳構成，碳原子形成的薄片被卷成細小的管子。在新電池的電極中，納米碳管自組織形成納米尺度下的多孔結構。納米碳管的表面有許多氧化物，這樣就可以存儲許多的鋰離子，使得電池容量大大增加。這也是第一次在陽極使用納米碳管，而不是僅僅在陰極使用。
; D6 S6 X4 j# d1 w研究者Hammond表示，這種納米碳管的靜電自組織過程非常重要，因為普通納米碳管會傾向于結合成一塊形成一捆，使得反應表面減少。通過有機分子的作用則可以形成大量的納米碳管并使得它們形成一種高度多孔性的材料。
采用這種新電極可使得傳統電容器的能量輸出提高至原有水平的5倍，而采用該電極的電池容量可達到常規鋰電池的10倍。這樣的高性能歸功于電極中離子和電子的有效傳導和納米碳管表面的鋰離子的儲存。除此之外，新納米碳管電極顯示了很好的穩定性，1000次的反復充放電實驗中，電池材料的性能幾乎沒有發生變化。
該電極的厚度僅僅幾個微米，在高能量輸出水平具有較好的性能。在未來，該小組計劃制造更厚的電極以提升在低能量輸出水平的性能。該電極產品將有望在小型便攜式電子設備中廣泛使用，在未來如果在電極厚度較大時高能量輸出水平也具有較好的性能，那么該電極將極有可能在電動汽車領域應用。由于制造該電極時需要交替在兩種溶液中浸泡，這使得該過程耗時，研究人員也正在開展相關制造工藝研究，使得制造更加快捷簡單，使其大量生產成為可能。