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超小黄铁矿量子点可提升电池性能

发布时间:2019-08-13 08:36:37   编辑:it技术教程网   阅读次数:

  如果智能手机的电池中添加了量子点——比人类发丝宽度小1万倍的纳米晶体,充电时间可以缩短到30秒,但效果只能维持几个充电周期。不过,美国范德堡大学的研究团队找到了解决办法:使用蕴藏丰富、成本低廉的黄铁矿来制造量子点,可确保电池在几十个充电周期内都能快速充电。

  范德堡大学官网11日发布新闻公报称,纳米级材料虽可显著提高电池性能,但当尺寸小于10纳米(40至50个原子的宽度)时,纳米粒子便与电解液发生化学反应,所以只能充放电几次,这成为锂离子电池商用迈不过去的“门槛”。该校机械工程专业助理教授卡里·品特指导、研究生安娜·道格拉斯带领的研究小组利用标准的锂纽扣电池和不同规格的黄铁矿量子点进行实验,发现4.5纳米大小的量子点可以极大地提升电池的充电速度,延长使用周期。

  这是因为,黄铁矿能通过一种独特的方式转变为铁和锂—硫(或硫酸钠)化合物来储能,与商业锂离子电池存储电荷的机制不同。根据他们的观察,这些超小纳米颗粒允许铁移动到表面,而钠或锂则与黄铁矿中的硫发生反应,但如果换成较大的颗粒,铁就无法在黄铁矿材料中移动,从而限制了它们的储能能力。

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  品特认为,理解这种化学储能机制至关重要,将有助于按照摩尔定律来革新电池性能,加快向电动汽车过渡的步伐。他表示,未来新工具的开发将使他们有能力研制可在几秒钟内充电、几天时间内放电的电池,并且循环次数可多达几万次,储能能力可让电动汽车与汽油车媲美。

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  该研究成果发表在11日出版的《美国化学学会·纳米》杂志上。

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