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纳米材料

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动力电池一步一步产生和存储能量

王忠林展示了他的新型自充电电池

美国的研究人员创建了一种动力电池,该动力电池将机械能直接转换为化学能,然后可以将其存储并根据需要转换为电能。该新系统与其他类似技术不同,后者先将机械能转换为电能,然后再化学存储。通过跳过中间转换,该团队表示该系统效率更高。如果可以进一步改进该技术,则可以在例如鞋底中使用该技术,从而在穿着者行走时为手机电池充电。

我们每天都在使用越来越多的便携式电子设备,而要保持所有这些设备的充电充满挑战。对于步兵而言,这尤其困难,因为步兵可以在远离可靠电源的情况下长时间工作,因此必须携带大量电池才能保持通信,GPS和其他设备的正常运行。结果,世界各地的研究人员正在研究可以通过常规的人体运动发电的系统。鞋类是一个显而易见的起点,因为士兵会走路很多,并且通过将发电装置放在靴子或鞋底中可以从每一步中提取少量能量。

混合方式

鞋动力的几种不同方法已经在开发中,佐治亚理工学院的Zhong Lin Wang及其同事现在已经创造了一种新技术,该技术可以在一个单元内进行发电和存储。

它们的电池包括一个由钴酸锂制成的阴极和一个垂直于钛表面生长的二氧化钛纳米管的阳极。电极被聚偏二氟乙烯(PVDF)膜隔开,该膜是压电材料。压缩电池后,PVDF会产生压电电荷,该压电电荷将锂离子从阴极驱动到阳极。这将电能转换为化学能,该化学能存储在锂钛氧化物中。当去除压缩力时,细胞松弛,但化学能仍然保留。然后可以在连续的压缩循环中存储更多的能量。然后,可以通过在阳极和阴极之间连接电负载将这些能量转换为电能,从而使锂离子流回到阴极,并且该设备准备再次充电。

给计算器供电

使用频率为2.3的重复压缩 Hz,团队能够将电池两端的电压提高约60 mV in 4 分钟然后,该单元可以传递1 mA电流约2 分钟尽管与给手机电池充电所需的能量相比,这仅占很小的能量,但该团队使用了串联连接的多个电池来运行一个约10个电子计算器 min.

为了证明他们的集成设计比单独的发电和存储效率更高,研究人员还创建了一种设备,在其中使用相似的组件首先产生电能,然后使用该能量在单独的电池中移动离子。这样的系统开发不到5 mV in 4 受到相同压缩时的最小值。

尽管该技术仍处于早期阶段,但王认为,可以通过多种方式来提高其性能。例如,研究人员认为,压缩的大部分机械能都散布在细胞中’像硬币一样的钢壳,而不是PVDF薄膜。

“当我们改善包装材料时,我们有望提高整体效率,” explains Wang. “在此阶段实际进入电池的能量数量相对较小,因为壳消耗了这么多能量。”

该研究报告在 纳米字母.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者