一种新的薄型塑料膜能控制电池内部的电荷流动,可用于电动车的超级电容,而且更加安全。
美国俄亥俄州立大学(Ohio State University)的研究人员稍早前宣布已设计出一种新的薄型塑料膜,能在不使用时停止充电电池的放电,同时能实现快速充电。这项正在申请专利的技术受到活体细胞膜在体内运转蛋白质的启发,研究人员称该技术能控制电池内部的电荷流动,可用于电动车的超级电容,而且更加安全。
研究人员在《能源与环境科学》期刊上将之形容为智能膜,并希望新技术能帮助开发可快速充电的“氧化还原晶体管电池”,实现单次充电就能行驶更远距离的目标。他们表示已针对领先的混合动力车和电动车所采用的电池进行分析,发现目前的车用电池似乎已达到了性能瓶颈,而目前的电动车都受限于速度和行驶距离。
目前最好的环保汽车可在充电8小时后行驶约200英哩,但使用天然气的汽车只需在充气一分钟后就能行驶相同距离。研究人员认为,他们的新技术能让电动车在充电一分钟后行驶数十英哩。然而这仍然离汽油的效能很远,俄亥俄州立大学机械航空工程系副教授Vishnu-Baba Sundaresan说。他指出,今天的混合动力车和电动汽车都面临着如何将电荷存储在传统电池内的限制,而新的薄膜技术可能是跨越这类技术限制的唯一方法。
过去50多年来,这个领域的主要研究方向都集中在如何改良电池电极的化学特性以增加容量,但容量的提升有着成本和鲁棒性的限制。目前电动汽车的设计已达经足够成熟了,最大的限制来自于电池的化学特性。Sundaresan和博士生Travis Hery称其已发明一种“离子氧化还原晶体管”,并正运用它来开发一种将能量储存在液态电解质的全新电池,人们可以像填充煤气罐一样对其充电放电,运用相当灵活。
据表示,新技术的设计灵感来自于人体内细胞膜通过开启和关闭以执行生物功能。开启的细胞壁响应电荷分子的扩张或收缩,而工程人员则将这个规则应用到的智能膜之上。他们将导电聚合物和用于空气和水测试的聚碳酸酯过滤器结合起来,通过控制聚碳酸酯表面上的导电聚合物链的生长,研究人员发现他们能够控制膜的开口密度。
在实验室测试中,工程师们发现,他们的膜能可靠地控制锂离子、钠钾离子和钾离子的电池充电和放电。他们把电池连接到一个LED灯并进行打开和关闭的模式编程,新的薄膜能让电池正常运行,但当电池不使用时,电池的充电损耗降低到0。
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