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昆士兰理工大学模仿竹子结构开发电池电极 加快充电速度

时间:2021-09-10 12:34:50|来源:|编辑:网络|点击:

盖世汽车讯 竹子内部有一种载水膜,使其成为世界上生长最快的植物。据外媒报道,昆士兰理工大学(Queensland University of Technology)以此为灵感,开发出更高效的电池电极,从而加快充电速度。该研究项目建立在先前关于二维纳米材料(超薄材料)的工作基础上,这种材料可以在电池中非常快地传输离子。

(图片来源:昆士兰理工大学)

Ziqi Sun实验室一直在探讨,如何充分模仿自然物质的结构和光学性能,利用低维纳米材料开发可持续能源解决方案。

这一突破的灵感来自于对竹茎内部多层膜的研究。这种薄膜大约和一张纸一样厚,可以超快地将水和营养物质输送到竹子上。据报道,竹子可以每小时约40毫米的速度生长。Sun教授表示,这种膜是由多层组成,在最靠近竹茎内环的一侧,这些层非常紧密地排列在一起,而在最靠近中心的一侧则分开得更远。

研究人员发现,这种多级夹层结构,使水和电解质能以两种方式穿过竹子。具有有限间距的内层结构,使液体和电解质能够实现“超流体”移动,这意味着液体可以非常快地穿过植物。外层各级之间具有更多的空间,允许液体更快地分散在整个结构中。

 

研究人员模仿竹膜的这种层状结构,利用氧化钴和石墨烯纳米片层制造了一种薄膜,并对片材的一侧施加吸力。通过增加膜厚度产生的压降来控制生成膜的层间距,以实现对间距的精确控制。最接近的层被紧紧地拉在一起,其间距离小于5nm,随着层的增加,吸力减弱,外层之间的距离高达2200nm。

这种仿生膜呈50mm圆形,只有几十微米厚,由数千层组成。在锂离子电池中测试传输离子的能力时,比起通常用于电池电极的其他材料,这种多级2D薄膜的表现更加出色。通过精确控制的纳米流体夹层,实现电解质快速扩散,并传输离子和电荷,进而控制材料和器件的性能。

在测试膜体可湿性时,即液体与固体表面保持接触的能力,这些仿生膜对有机电解质表现出超润湿行为。因此,电解质可以没有障碍地从表面接触和进入膜。

这有助于深入了解2D基电极。该电极通过多级通道设计,实现快速表面渗透和层间超快离子传输。Sun表示:“这项研究为设计高性能能源材料提供了新原则。最重要的是,通过向伟大的大自然学习,为未来的材料干预铺平了道路。”

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