可大幅提高电池效率的纳米材料电池

电动车电池供电问题还不少,如充电耗时太久,而行驶的路程较短。此外,电池大而笨重、驾驶员无法迅速提速,也令人不满。

美国加州大学河滨分校伯恩斯工程学院的研究人员重新设计了电池的组成材料,不但环保,而且能解决上述问题。他们认为,设计出形状可调整的纳米颗粒,可以开发出体积更小、功能更强大的节能电池。此外,研究人员还修改了电池组件的大小和形状,以减少充电时间。该项目首席研究员大卫-凯瑟鲁斯表示,“这是提高电池效率的最基本、最关键的一步”。除了电动汽车,改造后的电池还可以用于存储市政能源,包括太阳能和风能。

《晶体成长与设计》杂志新发表的一篇文章对最初的研究发现进行了概述,文章名为“磷酸铁锂纳米结构的溶剂热合成、发展及性能”。

凯瑟鲁斯的仿生学和纳米材料实验室的研究员开始集中精力研究电池的一种材料组件—阴极,借此提高锂离子电池的效率。

磷酸铁锂是阴极的一种,因其低成本、低毒、热稳定性和化学稳定性等优点而被用于电动车。然而,由于其导电性和锂离子移动性较差,因而商业潜力十分有限。一些合成方法通过控制粒子的成长,来克服这些不足。然而,凯瑟鲁斯及其团队采用溶剂热合成法,将反应物置入类似于高压锅的容器中,在高压下进行加热。

凯瑟鲁斯及其团队使用混合溶剂来控制粒子的大小、形状和结晶度,然后严密监控如何形成磷酸铁锂。如此一来,他们就能够确定所形成的纳米结构及其在电池中的性能之间的联系。

一般情况下,磷酸铁锂的形状控制粒子中的纳米晶体厚度,相当于人类一根头发的1/5000。通过对纳米晶体的控制,凯瑟鲁斯团队发现需要更多功率的电池有可能问世。

这些粒子的尺寸和形状可被调整,为锂离子传输提供了更多插入点和更短的路径长度,因此提高了电池的效率。凯瑟鲁斯及其团队正着手改善过程,这不仅可以提高性能,降低成本,而且也可以大范围采用。