世界不思議

美科學家研發新電池,性能極其強大,未來或用於太空領域


前段時間美國著名期刊《應用材料與介面》上出現了一篇關於研發新型電池的論文,該論文表示來自美國克萊姆森大學的拉馬克里斯納·伯蒂拉團隊在與美國宇航局的合作中研發出了一款以矽為原料的新型電池。據介紹該電池的重量更輕、儲存能量更多,未來還有機會應用在衛星運行上。

目前高懸在地球上空的人造衛星都有著自己的「使命」,有的衛星肩負著構建通訊網絡的使命,有的衛星肩負著檢測地球環境的重任,但所有衛星都有一個相同的地方,那就是它們都攜帶了許多專業的電子設備。如果要讓人造衛星正常工作,就必須讓衛星內所有的電子設備工作,電能的提供尤為重要。

現階段為人造衛星提供電能的是太陽能發電、核能發電以及化學電源等多種途徑結合的方式,但這些形式的電池都有各自的局限性。太陽能電池板確實能夠在太空中獲得更多太陽能,但是當衛星隨著地球轉到太陽光照射不到的一面時,太陽能電池板就無法正常供能了。化學電池的儲電量十分有限,因此科學家們一直在致力於提高化學電源的儲電量。

在所有電池原料中,矽受到了科學家們的青睞,這是因為同單位質量的矽能夠儲存更多電荷,儲存相同電荷的元素中矽元素的質量更輕,因此越來越多化學電池都以矽作為原料。即使如此,矽也不是一種完美的元素,實驗證明它放電時會出現分解情況,這使得矽的放電效率並不高。為了解決這個問題,伯蒂拉的團隊採用了另一種新方法。

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首先,研究人員採用比傳統矽原料尺寸更小的納米顆粒,這樣矽顆粒在發電的時候就很難再分解成更小的顆粒。其次,他們利用碳納米管製作了類似蜂蜜箱的結構,然後把矽顆粒放在每兩塊碳納米管中間。在這種情況下,即使矽顆粒發生了分解也不會逃逸到其它空間去,而是被束縛在一個層次中。

經過實驗證明,伯蒂拉團隊研發的電池可以反覆進行500次充放電循環,而且500次實驗過後該電池依然保持著不錯的穩定性,這比大多數化學電源都要強。如果該電池後期能夠繼續完善,那麼將可能在航天領域會有較大的應用前景。未來人類所發射的人造衛星肯定會比現在還多得多,因此解決好能源供應問題是關鍵,新能源電池的發展十分重要。

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