一種新的薄型塑料膜能控制電池內(nèi)部的電荷流動(dòng)，可用于電動(dòng)車的超級(jí)電容，而且更加安全。
美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)（Ohio State University）的研究人員稍早前宣布已設(shè)計(jì)出一種新的薄型塑料膜，能在不使用時(shí)停止充電電池的放電，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)快速充電。這項(xiàng)正在申請(qǐng)專利的技術(shù)受到活體細(xì)胞膜在體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)的啟發(fā)，研究人員稱該技術(shù)能控制電池內(nèi)部的電荷流動(dòng)，可用于電動(dòng)車的超級(jí)電容，而且更加安全。
研究人員在《能源與環(huán)境科學(xué)》期刊上將之形容為智能膜，并希望新技術(shù)能幫助開發(fā)可快速充電的“氧化還原晶體管電池”，實(shí)現(xiàn)單次充電就能行駛更遠(yuǎn)距離的目標(biāo)。他們表示已針對(duì)領(lǐng)先的混合動(dòng)力車和電動(dòng)車所采用的電池進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)目前的車用電池似乎已達(dá)到了性能瓶頸，而目前的電動(dòng)車都受限于速度和行駛距離。
目前最好的環(huán)保汽車可在充電8小時(shí)后行駛約200英哩，但使用天然氣的汽車只需在充氣一分鐘后就能行駛相同距離。研究人員認(rèn)為，他們的新技術(shù)能讓電動(dòng)車在充電一分鐘后行駛數(shù)十英哩。然而這仍然離汽油的效能很遠(yuǎn)，俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械航空工程系副教授Vishnu-Baba Sundaresan說。他指出，今天的混合動(dòng)力車和電動(dòng)汽車都面臨著如何將電荷存儲(chǔ)在傳統(tǒng)電池內(nèi)的限制，而新的薄膜技術(shù)可能是跨越這類技術(shù)限制的唯一方法。
過去50多年來，這個(gè)領(lǐng)域的主要研究方向都集中在如何改良電池電極的化學(xué)特性以增加容量，但容量的提升有著成本和魯棒性的限制。目前電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)已達(dá)經(jīng)足夠成熟了，最大的限制來自于電池的化學(xué)特性。Sundaresan和博士生Travis Hery稱其已發(fā)明一種“離子氧化還原晶體管”，并正運(yùn)用它來開發(fā)一種將能量?jī)?chǔ)存在液態(tài)電解質(zhì)的全新電池，人們可以像填充煤氣罐一樣對(duì)其充電放電，運(yùn)用相當(dāng)靈活。
據(jù)表示，新技術(shù)的設(shè)計(jì)靈感來自于人體內(nèi)細(xì)胞膜通過開啟和關(guān)閉以執(zhí)行生物功能。開啟的細(xì)胞壁響應(yīng)電荷分子的擴(kuò)張或收縮，而工程人員則將這個(gè)規(guī)則應(yīng)用到的智能膜之上。他們將導(dǎo)電聚合物和用于空氣和水測(cè)試的聚碳酸酯過濾器結(jié)合起來，通過控制聚碳酸酯表面上的導(dǎo)電聚合物鏈的生長(zhǎng)，研究人員發(fā)現(xiàn)他們能夠控制膜的開口密度。
在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，工程師們發(fā)現(xiàn)，他們的膜能可靠地控制鋰離子、鈉鉀離子和鉀離子的電池充電和放電。他們把電池連接到一個(gè)LED燈并進(jìn)行打開和關(guān)閉的模式編程，新的薄膜能讓電池正常運(yùn)行，但當(dāng)電池不使用時(shí)，電池的充電損耗降低到0。
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