世界上最小的电池|世界上最小的马达
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科学家制造世界最小电池,说明可充电电池最终怎样失灵,就能够制成寿命更长的电池。
新的高清图像中,电极导线的制备采取的材料,常见于可充电的锂离子电池,图像显示,它们变形是因为被充电。这种薄薄的纳米尺寸的导线扭曲变胖,是因为锂离子流过,这是在充电过程中发生的,研究论文发表在本周的杂志。这项工作说明可充电电池最终怎样失灵,有了新的洞察,就能够制成更加好的电池。
这一纳米尺度电池显示,阳性锂离子怎样淹没负电极(蓝色),改变材料大小、形状和性质(绿色部分电极)。部分充电材料可能比其它材料更能适应这种反复变形。
电池开发人员知道,充电和使用锂电池是一遍又一遍地做,这么就损害电极材料,这些照片全部是纳米级的,能够真实地看到这是怎样发生的。细导线是锡氧化物的,用作负电极,它会膨胀三分之一,拉长一倍,原因就是锂离子流过。另外,锂离子改变了锡氧化物,使它从整齐排列的晶体变成玻璃非晶材料。
“锡氧化物纳米导线承受电流相关变形,胜过散装锡氧化物,”王重民(ChongminWang)说,她是材料科学家,在美国能源部太平洋西北国家试验室工作。“这让我想起用钢丝拧一根钢绳,你会把细细的钢丝拧在一起,而不是做一根粗钢丝。”
她们制作的录像显示,纳米线看起来像一根稻草,而锂离子看起来像一个饮料,被吸入稻草。反复变形会破坏电极材料,因为这么引发的微小缺点会随时间积累。
追逐电子
以前的工作是在美国能源部环境分子科学试验室进行的,就在西北太平洋国家试验室(PNNL)院内,当初,王重民和这里的化学家徐吴(WuXu)和和其它同事成功拍摄到更大的纳米线快照,大约1微米,或说百分之一的头发丝宽度,而且是部分充电的。但试验装置没有显示充电的实际过程。
为了考察电极充电的动力学,王重民和徐吴找到了黄江雨(JianyuHuang),黄江雨是美国能源部集成纳米技术中心的,就在新墨西哥州山迪亚国家试验室(SandiaNationalLaboratories),也找了其它人。研究小组使用的特殊装备的透射电子显微镜(transmissionelectronmicroscope)技术,制成一个微型电池。这个仪器许可她们能够拍摄更小的导线,直径大约200纳米(大约是以前导线宽度的五分之一),而且是在充电时拍摄。
可充电锂离子电池管用,是因为锂离子吸引电子。带正电的锂离子通常停留在正电极上,在那里,金属氧化物和锂共享电子。给电池充电,就是把自由电子泵抽到负电极,负电极在电解质溶液的另一端,锂离子可游过去,电子却不能。锂吸引电解液阴极端的电子,更甚于它已经和金属氧化物共享的电子,就是在阳极共享的电子。因此锂离子由正极流到负极,匹配那里的自由电子。
但电子见异思迁。设备中使用电池,会使电子滑出负电极,留下后面的锂离子。因此,因为没有自由电
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