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据斯坦福大学官网消息,该校研究人员研发出可以防止爆炸的锂离子电池,这种电池可以在过热之前关闭,在温度降下来后迅速重启。 人们尝试了多种策略来解决锂离子电池意外爆炸的问题。斯坦福大学材料科学与工程教授鲍哲楠说:我们设计的电池首次可在反复加热和冷却循环中关闭和重启,且性能不会受到影响。鲍哲楠和她的同事在11日《自然能源》期刊中阐述了这一研究成果。 传统的锂离子电池包含两个电极,电极之间是携带带电离子的液态或凝胶状的电解质。刺穿、短路或过度充电都会使电池产生热量。如果温度达到约150摄氏度,电解质就会着火并引发爆炸。有几种技术已经被用来防止电池爆炸,例如在电解质中加入阻燃剂,或在电池过热之前发出警报。但是这些技术都是不可逆的,也就是说电池在出现过热之后就无法再次使用了。 为了解决这一问题,该研究团队将目光转向了纳米技术。在实验中,他们在带有纳米级凸起的镍颗粒表面覆盖了一层石墨烯,并将这些颗粒嵌入具有弹性的聚乙烯薄膜中。我们将聚乙烯薄膜与一个电极连接起来,这样电流可以通过它。论文第一作者陈正说,为了导电,那些带凸起的镍颗粒需要彼此接触。但是在热膨胀过程中,聚乙烯薄膜被拉伸,这些镍颗粒就相互分开了,这就使薄膜不再导电,电流就不会通过电池。 研究人员把电池加热到70摄氏度以上后,聚乙烯薄膜迅速膨胀,镍颗粒相互分开,电池不再工作。但是当电池温度回落到70摄氏度以下,聚乙烯薄膜收缩,镍颗粒回到相互接触状态,电池开始继续产生电流。他们甚至可以把温度调高或降低,这取决于嵌入了多少镍颗粒,以及选择什么样的聚合物材料。 与之前的方式相比,我们对电池的设计提供了一种兼具高性能和安全性的可靠、快速且可逆的策略。该研究的合作者之一崔毅说,这种策略具有非常好的应用前景。

据斯坦福大学官网消息,该校研究人员研发出可以防止爆炸的锂离子电池,这种电池可以在过热之前关闭,在温度降下来后迅速重启。

美国斯坦福大学研究人员研制了一种新型锂离子电池,首次实现温度升高时自动断电,温度降低时自动恢复,可望解决各种电器内锂离子电池易于起火的难题。

斯坦福大学研究人员最近开发出一款新式锂电池,当电池过热时它会自动关闭,一旦将这种电池安装在电子设备中,如悬浮滑板、笔记本和手机,设备将再也没有起火隐患。锂电池广泛应用于各类便携电子设备,它不仅轻便,而且还可以存储大量的电能,可以轻易更换,不足之处在于受到损坏时电池容易过热。当电池内部出现短路时还会导致起火。

纳米粒子成为了材料届的万能钥匙,其依靠体积小的特性,在材料里无孔不钻。上至航空航天,下到生物医用、结构能源,都有它的踪影,也发挥了重要的作用。

“人们尝试了多种策略来解决锂离子电池意外爆炸的问题。”斯坦福大学材料科学与工程教授鲍哲楠说:“我们设计的电池首次可在反复加热和冷却循环中关闭和重启,且性能不会受到影响。”鲍哲楠和她的同事在1月11日《自然—能源》期刊中阐述了这一研究成果。

这项研究由斯坦福大学化学工程学教授鲍哲南及化学工程系、材料科学系多名教师、博士后研究人员等参与。

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1、机器人比人还“灵活”——突破性的石墨烯弹性材料

传统的锂离子电池包含两个电极,电极之间是携带带电离子的液态或凝胶状的电解质。刺穿、短路或过度充电都会使电池产生热量。如果温度达到约150摄氏度,电解质就会着火并引发爆炸。有几种技术已经被用来防止电池爆炸,例如在电解质中加入阻燃剂,或在电池过热之前发出警报。但是这些技术都是不可逆的,也就是说电池在出现过热之后就无法再次使用了。

典型锂离子电池由两个电极与一种液体或者凝胶体电解液构成,由电解液在两个电极之间输送带电粒子。电池如果破损、短路或者充电过量,会生成热;如果温度达到150摄氏度左右,电解液可能会燃烧,进而引发爆炸。

斯坦福开发可自动断电的电池

莫纳什大学的研究员发现一种能够用来制作机器人和假肢上的触觉系统的新型弹性材料,这种以石墨烯为基体的弹性材料异常柔软,但它对压力的感应十分灵敏。如果用它来制作假肢和机器人上的触觉系统,假肢和机器人将可以做出比人更灵敏的动作。当然,以这种材料为基础可能会发展成新一代的柔性电子材料。

为了解决这一问题,该研究团队将目光转向了纳米技术。在实验中,他们在带有纳米级凸起的镍颗粒表面覆盖了一层石墨烯,并将这些颗粒嵌入具有弹性的聚乙烯薄膜中。“我们将聚乙烯薄膜与一个电极连接起来,这样电流可以通过它。”论文第一作者陈正说,“为了导电,那些带凸起的镍颗粒需要彼此接触。但是在热膨胀过程中,聚乙烯薄膜被拉伸,这些镍颗粒就相互分开了,这就使薄膜不再导电,电流就不会通过电池。”

新型电池以塑料为材质,嵌入细微金属镍颗粒,而颗粒表面有尖刺,尺度以纳米衡量。研究人员在带有尖刺的镍颗粒上覆以石墨烯,即厚度相当于一个原子的碳,继而把这些颗粒嵌入一层弹性聚乙烯薄膜。薄膜与电池的一个电极附着,承载电池所输出的电流。如果薄膜导电,镍颗粒上的尖刺需要物理“搭接”在一起。一旦温度升高,热膨胀状态下,聚乙烯薄膜延展,镍颗粒之间距离加大,薄膜不再导电,电池就会无法输出电能。

在斯坦福开发的新电池中,研究人员采用聚乙烯薄膜材料,薄膜上嵌入了镍磁粉,它会形成纳米级的突起。研究人员在突起部分覆盖石墨烯导电材料,让电流可以从表面通过。

9778818威尼斯官网,2、强度性能的战争——氮化硼击败碳纳米管

研究人员把电池加热到70摄氏度以上后,聚乙烯薄膜迅速膨胀,镍颗粒相互分开,电池不再工作。但是当电池温度回落到70摄氏度以下,聚乙烯薄膜收缩,镍颗粒回到相互接触状态,电池开始继续产生电流。他们甚至可以把温度调高或降低,这取决于嵌入了多少镍颗粒,以及选择什么样的聚合物材料。

实验中,研究人员把电池加热至70摄氏度以上,聚乙烯薄膜作气球状膨胀,带有尖刺的镍颗粒分离,电池断电;把温度降回70度,聚乙烯薄膜收缩,镍颗粒尖刺恢复接触,电池恢复供电。

当温度上升时,薄膜会膨胀,温度升到70摄氏度时突起部分彼此将不再连接在一起,电路断路,电池关闭。断电可以防止电池过热,随后电池会变冷, 镍突起又会连接在一起,继续让电池通过。

氮化硼像碳一样可以铺成单层,可制成管状。它的本身强度与碳纳米管相差不大,真正的优势来自于它黏着聚合物的方式。氮化硼之间电荷分布是不平等的,导致氮化硼纳米管与聚合物之间连接更加紧密。氮化硼的缺点在于其高额的成本,但这种氮化硼将对航空业未来的发展有重大影响。

“与之前的方式相比,我们对电池的设计提供了一种兼具高性能和安全性的可靠、快速且可逆的策略。”该研究的合作者之一崔毅说,“这种策略具有非常好的应用前景。”

研究人员认为,根据嵌入颗粒的多少或者聚合物材料类型的不同,可以设置断电温度,如可实现电池在50摄氏度或者100摄氏度时断电。

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3、石墨烯——GNRs互联新方法,展望高性能的电子器件

开发电池的斯坦福教授

在日本东北大学研究者已证明石墨烯纳米带端到端的互连能力,这可以发掘GNR的潜力去生产高性能和低功耗的电子产品。

9778818威尼斯官网:钻探人口研制出可高温断电的新型锂电瓶,新型锂离子电瓶可防止意外爆炸。斯坦福研究团队成员之一、化学工程教授鲍哲楠(Zhenan Bao)说:“我们可以调节温度的高低,只要改变嵌入的粒子数量就可以了,还可以通过使用不同类型的聚乙烯薄膜来实现这个目标。”

在研究中,关键是设计一个有系统互连而且清晰可辨的互连点。两个电子和两个互连GNRs导热率应该和单个GNRs的端部相同。而石墨烯可以实现良好的GNR性能,因此实现高性能和低功耗的电子设备将不再是梦想。

参与研究的还有斯坦福华裔副教授崔屹、博士后陈铮( Zheng Chen)。崔屹表示:“与之前的方法相比,我们的设计更可靠、更快、更可逆,它既能保证电池的性能不下降,又能提高安全性。”

4、石墨烯增强薄膜——锂电池的“开关”

在此之前,鲍哲楠教授已经使用相同的材料改进可穿戴传感器,它可以用来测量体温。

斯坦福大学研究人员已开发出石墨增强薄膜防止锂电池过热,当它冷却后可重新启动电池。这种新技术可以防止种类广泛的电池供电设备发生熔融和火灾。

在电池实验中,聚乙烯薄膜涂覆在尖状镍颗粒与石墨烯上,然后将其附着在电池电极上,使得电流可以流过它。热膨胀过程中,聚乙烯拉伸引起颗粒分开,使膜不导电,电池关闭,冷却后再重新收缩,接触导电,从而变成“开关”。

5、电磁让石墨烯更精彩

莱斯大学和蒙特利尔工程学院的研究人员分析了电磁对碳纳米管和石墨烯之间连接的影响,发现它们通过某种特殊的键结构连接起来。氮化硼、碳纳米管和其它二维材料的发展和他们之间的各种组合为我们提供了更丰富的可能性。

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