与传统锂离子电池相比,该款电池原型存储的电荷更少,但是其可在几秒钟内充放电。该款电池由聚合物制成(构成塑料的长分子链),此种材料有一个额外的好处,可在电池充电时改变颜色,让用户轻易读取电池的充电状态。

充电只需几秒 帝国理工学院使用塑料薄膜和盐水研发无毒电池

(图片来源:伦敦帝国理工学院官网)

据外媒报道,伦敦帝国理工学院(Imperial College London)物理和化学系的研究人员使用经过特殊设计的塑料薄膜和简单的盐水,研发出新型电池原型。该款新型电池原型的设计原理(在电池充电时,能够改变颜色)也能应用于现有的电池技术上,为储能、生物传感和智能变色材料创造新设备。

目前使用最广泛的电池是锂离子电池,此种电池容量相对较高(可以存储大量电荷),但是不能快速充电或放电。此外,还具备有机电解质和其他危险易燃材料,因而需要小心处理和放置。

与传统锂离子电池相比,该款电池原型存储的电荷更少,但是其可在几秒钟内充放电。该款电池由聚合物制成(构成塑料的长分子链),此种材料有一个额外的好处,可在电池充电时改变颜色,让用户轻易读取电池的充电状态。

该电池原型可提高现有电池的充电速度,降低现有电池的毒性,或者为制造出全新类型的电池铺平道路。

可回收电池

参与该项研究的联合首席作者Alexander Giovannitti博士表示:“我们创建电池原型所使用的材料能以较低成本制造,结合使用无毒且不易燃的水基电解质,可能为研发出可回收电池开辟一条可行途径。”

充电速度快,但是容量较低的电池可应用于一系列应用中,此类应用中的能量需要快速更换,但是电池可能并不小,例如汽车制动产生的能量可稍后用于让汽车加速。

从更大的范围上来看,当太阳能或风能等可再生能源作为国家或地方电网的一部分供人使用时,只能间歇性地提供能源。但是,一个能够快速存储能量的电池系统,就可以在需要时将电力传送回电网,对于保持电网稳定供应很有价值。

该研究团队表示,还需要继续研究,让该电池原型适应上述应用领域,但是其设计原理可能适用于正在研发的各种储能设备。

新材料的设计

此前,聚合物材料作为柔性添加剂或是分离正极和负极的电解质,已经成功应用于电池中。但事实证明,该材料用作活性材料,供在水中进行操作的电池电极使用时非常具有挑战性。

此次取得突破源自于聚合物材料的设计,此类材料能从盐水中吸收或释放正离子或负离子,而且速度快且可逆,并且不会产生降解。当设备进行充电时,此类离子就会被吸引到带相反电荷的电极上。

水基电池无毒,是非常理想的电池,但是此类电池很难让水中的离子与电极进行可逆交换。研究小组设计了侧链,连接到导电聚合物的“主干网”上,从而解决了该问题。通过在侧链上使用极性材料,研究人员研发出高亲水性的电极。

根据该原理,研究人员能够制造出正负电极,从而能够从水中吸收正负离子,因此研究人员获取了制造电池的材料。由于聚合物的主干网已经是柔性的,在电池充放电时可以膨胀和收缩,因此就不再需要添加剂了。

联合首席作者Davide Moia博士表示:“使用盐水摆脱了毒性和易燃性的担忧,但是与其他有机电解质相比,此类水基电解质并不容易使用,因为其会限制设备的充放电量。”

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