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电量多20% 未来电池可像牙膏一样挤出来
2013-05-05 10:11:01   编辑:ZNXF   点击可以复制本篇文章的标题和链接
 
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20世纪70年代,研究人员躺在施乐公司(Xerox)帕洛阿尔托研究中心(PARC)的豆袋椅上,设计出了后来引发信息技术革命的发明。电脑鼠标、图标、”视窗”操作系统、以太网和激光打印机都在这里诞生。现在,虽然那些豆袋椅早已不复存在,PARC也在十年前被分离出来,成为一家独立子公司,但是其研究人员再次进行着打印方面的实验。这一次,他们都希望能研发出新技术,为21世纪的清洁能源革命做出贡献。

PARC的硬件系统实验室(Hardware Systems Laboratory)正在开发电动汽车的锂离子电池,这种电池可以比传统电池多储存20%以上的电量。制作一个可存储更多电量的电池需要一个更大的阴极,其中含有更多的锂离子。然而,阴极越厚,离子的运动速度就会越慢。这将降低电池的性能,导致加速缓慢。

PARC希望用两种材料构建阴极,以避免上述取舍难题:一种方法是使用优化后的密集存储材料,另一种是使用可促使电荷迅速转移多孔材料。宽的存储区域和窄的导电区域交替分布。这使得在不损失电量的前提下,构造出一个更大、能量更密集的电池成为可能。

人们知道这个基本思路已经有一段时间了。问题在于要构造足够小的区域(存储介质大约为100微米,导体为10微米)。一块典型的电动汽车电池的阴极需要数十万个这种交错的指状物。构造如此微小的功能与精度,需要光刻技术,这是一种成本很高的技术,不适于制造高速、高容量的大型电池。

PARC研究人员的解决方案灵感来自于彩条牙膏,该方案一定会给他们思想自由的前辈们留下深刻印象。在PARC制造的新电池中,两种材料与一种有机材料混合形成糊剂,再被送入含有微小通道和喷嘴的打印头中。打印头移到金属箔上,将糊剂挤压出来并成排排列,形成细条纹。之后将基质进行干燥,以去除大部分的有机材料,只留下一个固体阴极。在对运动阴极由一种材料构成的同类电池的测试中,可挤压的可充电电池可多存储1/5的电量。该实验室的负责人斯科特•埃尔罗德(Scott Elrod)说,目前,PARC正在与最终可能制造这种新电池的企业会面,讨论如何对电池进行测试。

以这种方式打印阴极仅仅是个开始。目前,PARC正与美国政府机构能源部先进研究计划署(ARPA-E)合作,尝试打印整个电池。(该机构负责创造先进能源技术。)这将需要五个糊剂,其中阴极和阳极各两个,再加一个隔板。通过打印能将电流导出电池的银电线,可挤压电池也有望提高太阳能电池的效率。和银浆同时挤出的是一种电池被加热时可燃烧的材料。其结果是,电线长度仅为20微米,而非50微米。这种窄线投下的阴影更小,所以更多的阳光可照射到电池上。
现在,使用这种方法制成的太阳能电池板已投入生产,埃尔罗德已经将目光转向燃料电池、超级电容(一种蓄电的新颖方式)甚至催化转换器,它们也可能被制造成可挤压的电池。可挤压电池可能永远不会成为一个家喻户晓的词语,例如激光打印,但是施乐肯定会非常乐意看到老PARC生命力犹在。

新闻来源:http://www.economistgroup.cn/news/archives/2419

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