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昆士蘭理工大學模仿竹子結構開發電池電極 加快充電速度

蓋世汽車 Elisha 2021-09-10 10:28:45

蓋世汽車訊 竹子內部有一種載水膜,使其成為世界上生長最快的植物。據外媒報道,昆士蘭理工大學(Queensland University of Technology)以此為靈感,開發出更高效的電池電極,從而加快充電速度。該研究項目建立在先前關于二維納米材料(超薄材料)的工作基礎上,這種材料可以在電池中非?斓貍鬏旊x子。

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(圖片來源:昆士蘭理工大學)

Ziqi Sun實驗室一直在探討,如何充分模仿自然物質的結構和光學性能,利用低維納米材料開發可持續能源解決方案。

這一突破的靈感來自于對竹莖內部多層膜的研究。這種薄膜大約和一張紙一樣厚,可以超快地將水和營養物質輸送到竹子上。據報道,竹子可以每小時約40毫米的速度生長。Sun教授表示,這種膜是由多層組成,在最靠近竹莖內環的一側,這些層非常緊密地排列在一起,而在最靠近中心的一側則分開得更遠。

研究人員發現,這種多級夾層結構,使水和電解質能以兩種方式穿過竹子。具有有限間距的內層結構,使液體和電解質能夠實現“超流體”移動,這意味著液體可以非?斓卮┻^植物。外層各級之間具有更多的空間,允許液體更快地分散在整個結構中。

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研究人員模仿竹膜的這種層狀結構,利用氧化鈷和石墨烯納米片層制造了一種薄膜,并對片材的一側施加吸力。通過增加膜厚度產生的壓降來控制生成膜的層間距,以實現對間距的精確控制。最接近的層被緊緊地拉在一起,其間距離小于5nm,隨著層的增加,吸力減弱,外層之間的距離高達2200nm。

這種仿生膜呈50mm圓形,只有幾十微米厚,由數千層組成。在鋰離子電池中測試傳輸離子的能力時,比起通常用于電池電極的其他材料,這種多級2D薄膜的表現更加出色。通過精確控制的納米流體夾層,實現電解質快速擴散,并傳輸離子和電荷,進而控制材料和器件的性能。

在測試膜體可濕性時,即液體與固體表面保持接觸的能力,這些仿生膜對有機電解質表現出超潤濕行為。因此,電解質可以沒有障礙地從表面接觸和進入膜。

這有助于深入了解2D基電極。該電極通過多級通道設計,實現快速表面滲透和層間超快離子傳輸。Sun表示:“這項研究為設計高性能能源材料提供了新原則。最重要的是,通過向偉大的大自然學習,為未來的材料干預鋪平了道路!

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