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188比分直播 : 延长低成本、紧凑、轻质电池的使

作者:admin 时间:2018-11-14 浏览:人次

188比分直播  金属-空气电池是可用的最轻和最紧凑的电池类型之一,但它们可能有一个主要限制:当不使用时,它们会迅速退化,因为腐蚀会侵蚀它们的金属电极。现在,麻省理工学院的研究人员已经找到了一种方法,可以大大减少这种腐蚀,使得这种电池有更长的保质期。

虽然典型的可充电锂离子电池在储存一个月后只损失大约5%的电荷,但是对于许多应用来说,它们太昂贵、体积大或太重。初级(不可充电)铝空气电池便宜得多,更紧凑,重量更轻,但它们可以失去80%的充电一个月。
 
麻省理工学院的设计通过在铝电极和电解质之间引入油屏障——两个电池电极之间的流体,从而克服了铝-空气电池的腐蚀问题,当电池处于待机状态时,这种流体会侵蚀铝。一旦电池被使用,油就迅速被抽走并被电解液取代。其结果是,能量损失每月减少到0.02%,这是千倍以上的改善。
 
这些发现发表在今天的《科学》杂志上,由麻省理工学院的前研究生布兰登·J·霍普金斯(Brandon J.Hopkins’18)、W.M.凯克(W.M.Keck)能源学教授杨绍浩(Yang Shao-Horn)和机械工程学教授道格拉斯·P.Hart(Douglas P.Hart)撰写。
 
霍普金斯说,虽然其他几种方法已经用于延长金属-空气电池的保质期(可以使用其他金属,如钠、锂、镁、锌或铁),但是这些方法可能会牺牲性能。大多数其他方法涉及用不同的、腐蚀性较小的化学配方替换电解质,但是这些替代品极大地降低了电池功率。
 
其他方法包括在储存过程中抽出液体电解质并在使用前返回。这些方法仍然能够显著腐蚀并堵塞电池组中的管道系统。因为铝是亲水的(吸水),即使在电解质被排出包装后,剩余的电解质将粘附在铝电极表面。霍普金斯解释说:“这些电池结构复杂,所以有很多角落可以让电解质陷入其中。”这会导致持续的腐蚀。

新系统的关键是放置在电池电极之间的薄膜。当电池使用时,膜的两侧都充满液体电解质,但是当电池处于待机状态时,油被泵入最靠近铝电极的一侧,从而保护铝表面免受膜另一侧的电解质的影响。
 
这种新的电池系统还利用了铝的“水下憎油性”特性——即,当铝浸入水中时,它排斥来自其表面的油。结果,当电池被重新激活并且电解液被泵回时,电解液很容易将油从铝表面置换,这恢复了电池的电力能力。具有讽刺意味的是,MIT的腐蚀抑制方法利用了与铝相同的特性,从而促进了传统系统中的腐蚀。
 
其结果是铝-空气原型比传统的铝-空气电池具有更长的货架寿命。研究人员表明,当电池重复使用,然后待机一到两天,麻省理工学院的设计持续24天,而传统的设计仅持续3天。研究人员报告说,即使油和泵送系统被包括在扩大的初级铝空气电池组中,它们仍然比电动汽车的可充电锂离子电池组轻5倍,紧凑2倍。
 
哈特解释说,铝除了非常便宜之外,也是我们所知道的“最高化学能量密度存储材料”之一,也就是说,铝每磅能够存储和传递比几乎任何东西都更多的能量,而只有溴是昂贵的、危险的。可移植的他说,许多专家认为,铝空气电池可能是唯一可行的替代锂离子电池和汽油在汽车。
 
铝-空气电池已经被用作电动汽车的范围扩展器,以补充内置可充电电池,当内置电池用完时增加许多额外的行驶里程。它们有时也被用作远距离或一些水下航行器的电源。但是,虽然这种电池可以长期储存,只要它们不用,一旦它们第一次打开,它们就开始迅速降解。
 
Hart解释说,这样的应用程序可以从这个新系统中受益匪浅,因为对于现有的版本,“您无法真正关闭它”。你可以冲洗它并延迟这个过程,但你不能真正地关闭它。然而,如果新系统被用作汽车里的扩程器,“你可以使用它,然后把车停在车道上,停一个月,然后再回来,仍然希望它有可用的挡板。RY……我真的认为在使用这些电池方面,这是一个游戏改变。
 
霍普金斯说,随着这种新系统能提供更大的保质期,铝-空气电池的使用可以“超出目前的利基应用”。该小组已经申请了这项专利。
 
俄亥俄州Case Western Reserve大学的工程学教授罗伯特·萨维内尔(Robert Savinell)说:“这里介绍的技术很有说服力,因为它使用基础表面物理学来估计所需的油和膜性能,结果证明了预测的性能。”在这项研究中。这项工作确实可以减轻原生金属-空气电池对昂贵的高纯金属和合金的需求,并且可以减少电解质添加剂的复杂性。
 
Savinell补充说,“从高能量密度铝空气电池中高效提取可用能量的能力,特别是在间歇使用条件下,将促进需要非常高的能量密度的技术的发展和改进,以便延长操作。”
这项研究得到了麻省理工学院林肯实验室的支持。

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