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您可以DIY的电池--可折叠柔性电池

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2013-11-18   浏览次数: 27
[摘要] 可折叠柔性电池,是否觉得完全不可思议?据物理学家组织网11月5日报道,美国新泽西理工学院的科学家已经开发出一种由碳纳米管
         可折叠柔性电池,是否觉得完全不可思议?

据物理学家组织网115日报道,美国新泽西理工学院的科学家已经开发出一种由碳纳米管制成的柔性电池。此前,电子产品制造商已经制造出了柔性OLED显示器,这种开拓性的技术将让我们身边的电子产品发生根本性的改观,可以折叠的手机、平板电脑和电视正在从科幻走入现实。而这种新型柔性电池的研制成功无疑让这些柔性可折叠设备离我们更近了一步。

据领导该项研究的美国新泽西理工学院化学与环境科学教授萨曼尼·米特拉介绍,每块电池都由软塑料衬底制成,上面布满了作为“电活跃成分”的碳纳米管和“微粒子”。这些粒子与传统电池中的粒子作用类似,但它们被设计成在具有活性的同时还要保持柔性。

米特拉表示,对于碱性电池来说,这些粒子可以是锌或二氧化锰(或者是锂电池中的锂盐)。“我们目标是利用现有的系统,并将这种电池转换到柔性平台上,比如说柔性显示屏的电子设备。”

虽然碳纳米管电池并不是全球首款柔性电池,但是与之前的柔性电池相比,采用该技术制成的电池,在外形设计上极为灵活。从小到针尖大小的微电池,大到像客厅地毯那样的尺寸,这款电池都能够轻松“拿下”。甚至还柔软到可以被卷起来置于后备厢中,并用来驱动车子。所以,在众多应用领域,这个柔性电池都会成为一款炙手可热的产品,多种尺寸的柔性便携设备都能适配。

除了可折叠之外,这种电池还有另外一种革命性的潜力——它结构简单、组装难度较小,掌握技术要领后容易批量生产。制造这款电池需要的基本部件只有三个——电极、电浆和包裹材料。使用两片塑料包裹材料,将电极和电浆包裹起来之后,再在其中加入塑料隔板,最后将整个系统封装起来就可以了。

此外,研究人员还表示这种电池的装配步骤也非常简单,甚至能够以半成品套件直接在市场上销售,消费者也有可能DIY自制电池,以迎合特殊的需求。用户在使用时可以将两张带电极的塑料封皮与中层隔板糊上,也就是用绝缘板将两块电极塑料板隔开,然后用层压机像制作三明治那样,将三块板压合到一起即可,之后就可以像AAAAA电池那样为各种设备提供电能。。

该产品在电子市场的未来:将在柔性电子设备上应用

米特拉说:“创建柔性电池是一个令人兴奋的前沿研究领域,因为有无数消费者期待这项技术给他们带来惊喜。多年以来,我们一直用碳纳米管技术和其他先进技术,进行着各种尝试和实验,如今终于取得了一些成绩。未来包括柔性电池在内的柔性电子技术,将融入我们的生活,并使其发生彻底改观。”

由于具有非常出色的可塑性,碳纳米管柔性电池在未来几年内,很可能会被用来制作成柔性手机,未来有望在柔性显示器和可穿戴电子设备上获得应用。

除了碳纳米管柔性电池之外,最近,日本一家研究机构还展示了一款四周全部由屏幕制作而成的全屏幕原型手机。由于整个手机其实就是一块全方位的屏幕,因此图片和文字甚至可以沿着手机机身“流动”,展现的效果令人觉得十分神奇。据了解,这款手机的屏幕使用了一种名为“C轴排列晶体”的新型材料,能够在弯曲的同时,不损失屏幕的分辨率。

虽然这两家机构之间并没有什么联系,但是如果将这两种技术结合到一起的话,那么像《少数派报告》里,阿汤哥手捧的电子报纸,似乎也就没有那么遥不可及了。而未来使用柔性屏幕的手机,也不再会像现在一样,仅仅将柔性屏幕变成了曲面屏幕而已,将手机折起来塞在裤袋里这样的想法或许也不是不可能的。

接下来,我们来对比一下碳纳米管电池与柔性电池

 “碳纳米管是在1992年左右发现的,研究至今都已有20年了,在实验室阶段,可以说相关技术都很成熟了。”浙江大学化学系教授、博士生导师吴庆银表示,碳纳米管电池已经有了不少成品。和前文所提及的电池有些不太一样,那些碳纳米管电池看上去就像一张黑纸。这种纳米工艺器件重量轻、非常薄、很柔软,可以卷起来、可以扭转、折叠,还可剪裁成各种形状,类似于纸状电池,也可以像印刷纸一样落成一叠,产生总体功率的输出。这种器件奇特之处在于,其功能既像高能量电源,又像大功率超级电容器。

当然,柔性电池也并非是个前无古人之物。2010年日本一公司就宣布,已研制成一种厚度仅为0.3毫米、表面积为4平方厘米的柔性电池。苹果公司也申请了柔性电池的专利!那些电池也能做到弯曲,可折叠,还有柔性太阳能电池等样式。科技的发展总是能带给人们各种惊奇。

现在还有一种物质,它的潜力可能比碳纳米管还大,目前来说,它是石墨烯。这是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,目前来说,也是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的。

“碳纳米管已经研究了很久了,这个2010年左右才开始研究,所以现在很热门,而且我也比较看好这个材料。”据吴庆银教授介绍,石墨烯是一种二维晶体,人们常见的石墨,是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的。石墨的层间作用力较弱,很容易互相剥离,形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后,这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。

在近20年中,碳元素引起了世界各国研究人员的极大兴趣。自富勒球和碳纳米管被科学家发现以后,三维的金刚石、“二维”的石墨、一维的碳纳米管、零维的富勒球,组成了完整的碳系家族。吴庆银教授说,石墨以其特殊的片层结构,一直以来是研究的一个热点。石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而成,而前面介绍过的碳纳米管可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。当石墨烯的晶格中存在五元环的晶格时,石墨烯片会发生翘曲,富勒球可以看成是多个六元环和五元环,按照适当顺序排列得到的。

吴庆银教授表示,由于导电性、机械性能都很优异,石墨烯被赋予了黑金子之称,也适合用来制造透明触控屏幕、光板,甚至是太阳能电池。利用锂电池在石墨烯表面和电极之间,快速大量穿梭运动的特性,开发出的一种新能源电池,就叫做石墨烯电池。从理论上来说,石墨烯电池潜力要大得多,在快速充电和容量方面都很有优势。

今年4月,美国俄亥俄州的一家公司,利用锂电池在石墨烯表面和电极之间,快速大量穿梭运动的特性,开发出一种新的电池。这种新的电池可把数小时的充电时间压缩至短短不到一分钟。分析人士认为,未来一分钟快充石墨烯电池如果实现产业化后,将带来电池产业的变革,从而也促使新能源汽车产业的革新。

“个纳米的厚度,储能也大,这几个特点使得石墨烯非常有竞争力。”吴庆银教授表示,用石墨烯制造的电池,由于它本身的特性,就能够做到薄,而且柔软,“碳纳米管毕竟是个立体的材料,所以相对厚度、柔性会不如石墨烯。”

有科学家甚至预言其将“彻底改变21世纪”。曼彻斯特大学副校长科林·贝利教授就称:“石墨烯有可能彻底改变数量庞大的各种应用,从智能手机和超高速宽带,到药物输送和计算机芯片。”

 

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