納米技術(shù)將拓寬鋰離子電池的前景

 

盡管最近有報(bào)道稱波音787夢幻客機(jī)和筆記本電腦(2006年)使用了鋰離子電池(libs)，但libs目前已成功地應(yīng)用于許多領(lǐng)域。消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動汽車、醫(yī)療設(shè)備、太空和軍事部件都使用libs作為便攜式電源，將來，像詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡這樣的航天器也將使用libs。鋰離子電池技術(shù)在各個領(lǐng)域迅速占據(jù)主導(dǎo)地位的主要原因是鋰離子電池元件的電存儲容量最高(一個鋰離子電池可以替代兩個鎳氫電池)。此外，鋰離子電池適用于需要高能量密度和功率密度的應(yīng)用。在這方面，鋰離子電池優(yōu)于其他類型的可充電電池，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鎳金屬電池。但是，libs的要求在以下幾個方面得到了改善:(I)存儲更多的能量，并在更長的時間內(nèi)提供更高的功率;(I I)在較短時間內(nèi)充電;(I I I)壽命較長;(四)抵御火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的能力。圖1描述了不同應(yīng)用程序所需的根庫特性以及需求改進(jìn)的各自特征?，F(xiàn)在，有一個很大的偏好，升級現(xiàn)有的libs和改進(jìn)的功能，并達(dá)到電池的技能，將允許智能存儲電力。在未來，智能電網(wǎng)將能夠?yàn)榧彝ヌ峁?4小時供電，用更長的備份時間和更少的空間需求取代鉛酸電池系統(tǒng)。隨著新一代鋰電池的出現(xiàn)，電動汽車將以更短的充電時間覆蓋更長的充電間隔;手機(jī)和筆記本電腦的充電時間預(yù)計(jì)將在幾分鐘內(nèi)，持續(xù)時間也會更長。納米科學(xué)有潛力為下一代電池，尤其是鋰離子電池提供性能、耐用性和安全性方面的可接受成本。典型的鋰離子電池由三個主要部件組成:陽極(通常由石墨和其他導(dǎo)電添加劑構(gòu)成)、陰極(通常是層狀過渡金屬氧化物)和電解液，在充放電過程中鋰離子在陰極和陽極之間流動。

 

電極:鋰離子電池的電極，包括正極和負(fù)極，都是由數(shù)據(jù)構(gòu)成的，可以很容易地嵌入鋰離子。電極還應(yīng)具有高導(dǎo)電性，使鋰離子電池具有高的充電率。使用納米材料作為電極可以加速鋰離子的插入，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁叩谋砻娣e和短的松弛路徑，從而加速了能量的存儲和轉(zhuǎn)移。一個突出的例子是A123鋰離子電池的陰極數(shù)據(jù)，它使用了一個納米級的磷酸鐵鋰陰極。研究人員長期以來一直在推測磷酸鐵鋰通過摻雜金屬的導(dǎo)電性能。