《日經電子》日前發文稱,美國大學的研究人員開發了一種新技術,可以通過對任意物體進行五層噴涂后制成類似鋰電池的儲電裝置。
《Nature》雜志2012年6月28日發表了由萊斯大學研究生Neelam Singh與她的團隊所撰寫的論文,她們把自己的成果稱為“噴霧鋰離子電池”,他們稱這個可噴涂的電池可以用任何一種物體的表面作為載體。這個噴涂電池的每一層都代表著傳統電池的一個組成部分,包括單壁碳納米管,正極,負極,隔膜等。
具體來說,噴涂過程由內到外分五個步驟,這些層面分別是兩個電流集電器、正極、負極和在中間分隔的聚合物。每一層都經過優化處理。
第一層為正極集電體層,由碳黑與常用的極性溶劑甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone)混合后再加入單層碳納米管(SWNT)的材料構成。第二層為正極材料層,由鈷酸鋰與石墨粉末的混合材料構成。第三層為隔膜層,由聚偏氟乙烯(PVDF)類樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(PMMA)、SiO2粉末的混合材料構成。第四層為負極材料層,由鈦酸鋰(LTO)與石墨粉末的混合材料構成。第五層為負極的集電體層,由銅(Cu)粉分散于乙醇中的“涂料”構成。
在新型鋰電池開發中有兩個難點:實現鋰電池穩定性和使隔膜發揮關鍵作用之間的平衡。最初開發的隔膜層耐久性較差,與正極的SWNT一接觸就會損壞。最后通過在隔膜層中加入PMMA,大幅提高了耐久性。
新電池的特點是,研究人員將普通鋰離子電池的成分混合在一起制成涂料,根據傳統電池結構順序正確噴刷出涂層,這個涂層就能像普通電池那樣儲存和釋放電能。從正極來說,這種涂層鋰電池可以稱得上是一種鈷酸鋰電池。新產品實驗效果表明:將9塊噴在浴室瓷磚上的電池連接,可單獨給一套排列出“RICE”文字的LED串燈供電6個小時,同時電池提供了穩定的2.4伏電壓,這也可以算得上是大容量電池了。而在循環充電60次后,電池中仍保留了98%的電量。
電池開發的意義在于:傳統的鋰離子電池把活性層包裝進筒式或其他便攜式容器里,這種方法開啟了把任意物體表面變成存儲設備的可能性。研究人員因此設想,把該材料涂在太陽能電池板表面,將整個房子都變成太陽能捕獲和存儲設備。
如有可能,則不但是鋰離子電池制造的創新,也是太陽能電池制造的創新了。