前沿科技之豆莢”復(fù)合材料可延長(zhǎng)鋰離子電池使用壽命

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鋰離子電池是目前日常生活中使用最為廣泛的一種電池，但多種原因?qū)е缕浯嬖谑褂脡勖踢@一缺點(diǎn)，其中電極退化問(wèn)題最讓科學(xué)家們苦惱。這是因?yàn)樵诓粩嗟姆烹?和充電過(guò)程中，電池中的鋰離子會(huì)反復(fù)與金屬電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，長(zhǎng)期積累下來(lái)就會(huì)導(dǎo)致電極的逐步退化，最終對(duì)電池性能造成不可挽回的影響。據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)2月11日（北京時(shí)間）報(bào)道，新加坡A-STAR研究院化學(xué)工程研究所的科學(xué)家們?nèi)涨把邪l(fā)出一種可減少電極退化的新技術(shù)，進(jìn)而可延長(zhǎng)鋰離子電池的使用壽命和容量保持率。
該技術(shù)使用了一種豌豆莢結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，這種材料由氧化鈷（四氧化三鈷）納米顆粒（類(lèi)似于豌豆莢中的豌豆）和納米碳纖維（類(lèi)似于覆蓋在豌豆外的豆殼）組 成。氧化鈷納米顆粒作為活性材料來(lái)存儲(chǔ)鋰離子，四周的中空碳纖維則可以起到保護(hù)氧化鈷顆粒防止其斷裂的作用。此外，這些碳纖維還扮演著從納米粒子中傳導(dǎo)電 子的角色。
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. |, e* i' Q% k/ w& J由于與目前傳統(tǒng)的陽(yáng)極材料（如錫）相比，氧化鈷具有更強(qiáng)的離子吸附和保持能力，它被認(rèn)為是極富潛力的陽(yáng)極材料。此外，氧化鈷能很容易地轉(zhuǎn)化為已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用的陰極材料氧化鈷鋰。
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; d8 r& c. M- v# ]為制造這種豆莢結(jié)構(gòu)材料，研究人員首先在充滿惰性氣體的密閉空間內(nèi)以700攝氏度的溫度對(duì)表面附著有聚合葡萄糖的粗制碳酸鈷進(jìn)行加熱，而后再將其放置在 空氣中以250攝氏度的溫度加熱。電子掃描顯微鏡顯示，這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)上十分整齊，其長(zhǎng)度大都是幾個(gè)微米，直徑一般在50納米左右。

由這種豌豆莢結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制成的電極能顯著提升鋰離子電池的電池容量和儲(chǔ)電能力，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)50次充放電循環(huán)后，由其制成的電池仍具有91%的容量。

8 M4 N, S5 A1 r' p, Q$ }$ f研究人員稱，除在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用前景外，這種豆莢結(jié)構(gòu)復(fù)合材料本身就是一個(gè)成就，因?yàn)樵摷夹g(shù)首次實(shí)現(xiàn)了將具有磁性的納米顆粒嵌入到中空的碳纖維之中。這種“納米顆粒膠囊”技術(shù)可以推廣到多個(gè)領(lǐng)域，如基因工程、催化、氣體探測(cè)、電容以及磁性材料制造等。

) ]) X/ H4 k! S; s- i; Z+ @7 E總編輯圈點(diǎn)
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鋰離子電池在能量密度等許多性能上都大大優(yōu)于鎳氫電池，只是使用壽命這一項(xiàng)引人注目地成為短板。經(jīng)過(guò)不到1000次充放電后，鋰離子電池通常是扶墻都站 不起來(lái)。所以，新加坡研究人員開(kāi)發(fā)這種“豌豆莢”，既是錦上添花，也是雪中送炭。順便提個(gè)醒，很多人買(mǎi)手機(jī)時(shí)被告知，其鋰離子電池“頭三回充電必須超過(guò) 12小時(shí)”以及“每次盡量把電用光”等，這些純粹是瞎掰。事實(shí)上，過(guò)充或過(guò)放不但不能使它延年益壽，反而會(huì)造成致命傷害