這些來(lái)自密西根大學(xué)的研究人員也成立了總部位于美國(guó)密歇根州安阿伯市的ElegusTechnologies科技公司，將這項(xiàng)研究從實(shí)驗(yàn)室推廣至市場(chǎng)。預(yù)計(jì)將于2016年第四個(gè)季度開(kāi)始大批量生產(chǎn)。
“與超強(qiáng)材料，如碳納米管有所不同，芳綸是絕緣體。”約瑟夫B.佛羅倫薩V.塞加卡工程學(xué)教授尼古拉斯·克托弗(NicholasKotov)這樣說(shuō)道。“這一特性對(duì)于需要防止兩極之間短路的隔板來(lái)說(shuō)太完美了。”克托弗是化學(xué)工程、生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)與工程以及高分子科學(xué)和工程教授。
鋰離子電池的工作原理是將鋰離子從一個(gè)電極運(yùn)到另一個(gè)電極。這會(huì)產(chǎn)生電荷不平衡，由于電子無(wú)法穿過(guò)兩極之間的膜，因此它們只能穿過(guò)回路。但是，如果膜的孔太大了，那么鋰原子會(huì)自我堆積形成名為樹(shù)突的羊齒狀結(jié)構(gòu)，后者最終會(huì)穿透膜。如果它們到達(dá)另一個(gè)電極，電子將在電池內(nèi)形成一個(gè)通道，從而導(dǎo)致短路。據(jù)稱這就是波音787電池著火最初的原因。
“想要阻止羊齒形狀的形成非常難，因?yàn)樗鼈冇屑{米級(jí)別的小尖端，”克托弗實(shí)驗(yàn)室的研究生、Elegus首席科技官蕭小東(SiuOnTung)這樣說(shuō)道。“這些纖維膜形成比尖端更小的孔是非常重要的。”
雖然其它膜的孔的寬度只有幾百納米，或者少數(shù)能達(dá)到10萬(wàn)分之一厘米，密歇根大學(xué)科研小組研發(fā)的芳綸纖維膜的孔只有15-20納米寬。這樣大小的孔足以讓單個(gè)鋰離子通過(guò)，但卻又能阻擋羊齒狀結(jié)構(gòu)20-50納米寬的尖端。研究人員通過(guò)將纖維彼此堆疊形成了這一特殊的芳綸纖維膜。這種方法保證了鏈條狀的分子位于塑料的伸出部分，這對(duì)兩極之間的良好鋰離子導(dǎo)電性來(lái)說(shuō)非常重要。
“這一材料的特殊特性在于我們可以把它變得非常薄，這樣我們就能從相同大小的電池中獲得更多能量，或者可以縮小電池大小。”工程師丹·范德萊(DanVanderLey)這樣說(shuō)道，他通過(guò)密西根大學(xué)碩士企業(yè)家項(xiàng)目幫助成立了Elegus。“我們發(fā)現(xiàn)了很多人對(duì)生產(chǎn)更薄的產(chǎn)品具有濃厚的興趣。”目前已經(jīng)有三十家公司要求獲得這一材料的樣本。
芳綸的抗熱性也將導(dǎo)致產(chǎn)生更安全的電池，因?yàn)樾卵邪l(fā)的芳綸纖維膜能夠比大多數(shù)目前使用的膜更好的抵抗大火。雖然研究小組目前對(duì)這一膜阻擋鋰樹(shù)突的能力表示滿意，但他們?nèi)栽趯ふ以鰪?qiáng)鋰離子流動(dòng)的方法，使得電池能夠更快速的充電和釋放能量。這項(xiàng)研究被發(fā)表在1月27日的期刊《自然通信》上。
這項(xiàng)研究主要得到了美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)旗下化學(xué)、生物工程、環(huán)境和運(yùn)輸系統(tǒng)及創(chuàng)新公司的資金支持，其它資助還來(lái)自海軍研究辦公室和空軍科研辦公室。
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