麻省理工開發出采用碳納米管電極的新型鋰電
發布時間:2010-06-29 來源:電子元件技術網
產品特性:
美國麻省理工學院(MIT)kaifachulezhengjicailiaocaiyongbaokuotannamiguanzaineidehunhecailiaolilizichongdiandianchi。jujieshao,gaidianchitongshijiangulilizichongdiandianchijidianrongqierzhedexingneng。jutieryan,shuchumidushiputonglilizichongdiandianchide10倍,能量密度是普通電容器的5倍。論文已刊登在2010年6月20的《Nature Nanotechnology》上。
開發該電池的是MIT化學工程係教授Paula T.Hammond與該校機械工程係兼材料科學與工程係教授楊少紅領導的研究小組。順便提一下,論文的第一作者是該校學生Seung Woo Lee及博士後藪內直明2人。
此次開發的電池,正極采用多層碳納米管(MWNT)和有機材料的混合材料,負極采用鈦酸鋰(Li4Ti5O12:LTO)。“這應該是首次在正極上采用MWNT”(MIT)。
正極的構造如下。通過將電極反複浸泡在兩種不同的溶液中,交替形成與MWNT和羧基相結合的MWNT-COOH層以及溶液以及與MWNT和氨基相結合的MWNT-NH2層。MWNT-COOH層和MWNT-NH2層的層數為100層不到到最大400層(將2種層作為1組時,最大200組)。由於兩種層中的一種帶正電,一種帶負電,所以通過層積可使其牢固地結合在一起。
論文中介紹,這種電池的特點是可實現非常高的功率輸出,並且此時的能量密度也較高。“低功率輸出時的能量密度雖然與普通鋰離子充電電池沒什麼差別,但高功率輸出時,此次的電池顯示出了更大的性能特性”(論文)。
此次的電池在輸出密度為100kW/kg時,單位重量的能量密度為200Wh/kg。低功率輸出時的最大能量密度約為500Wh/kg。不過,這些數值是相對於電極的重量計算的。如果相對於電池整體的重量計算,“將會是這些數值的1/5”(論文)。也即輸出密度約為20kW/kg時,能量密度約為40Wh/kg,低功率輸出時的最大能量密度約為100Wh/kg。
“普通鋰離子充電電池在輸出密度為1kW/kg時,相對於電池重量的能量密度為150Wh/kg。普通電容器在電力密度為10kW/kg時,相對於電容器重量的能量密度為5Wh/kg”(論文)。
與這些已有的電池及電容器相比,此次的電池擁有“輸出密度是鋰離子充電電池的5倍左右、能量密度是電容器的10倍左右的性能”(論文)。
電池的充放電周期特性方麵,論文表示即使反複充放電1000次以上,性能也不會發生劣化。
- 同時兼顧鋰離子充電電池及電容器二者的性能
- 輸出密度是普通鋰離子充電電池的10倍
- 能量密度是普通電容器的5倍
- 反複充放電1000次以上,性能也不會發生劣化
- 汽車電子
美國麻省理工學院(MIT)kaifachulezhengjicailiaocaiyongbaokuotannamiguanzaineidehunhecailiaolilizichongdiandianchi。jujieshao,gaidianchitongshijiangulilizichongdiandianchijidianrongqierzhedexingneng。jutieryan,shuchumidushiputonglilizichongdiandianchide10倍,能量密度是普通電容器的5倍。論文已刊登在2010年6月20的《Nature Nanotechnology》上。
開發該電池的是MIT化學工程係教授Paula T.Hammond與該校機械工程係兼材料科學與工程係教授楊少紅領導的研究小組。順便提一下,論文的第一作者是該校學生Seung Woo Lee及博士後藪內直明2人。
此次開發的電池,正極采用多層碳納米管(MWNT)和有機材料的混合材料,負極采用鈦酸鋰(Li4Ti5O12:LTO)。“這應該是首次在正極上采用MWNT”(MIT)。
正極的構造如下。通過將電極反複浸泡在兩種不同的溶液中,交替形成與MWNT和羧基相結合的MWNT-COOH層以及溶液以及與MWNT和氨基相結合的MWNT-NH2層。MWNT-COOH層和MWNT-NH2層的層數為100層不到到最大400層(將2種層作為1組時,最大200組)。由於兩種層中的一種帶正電,一種帶負電,所以通過層積可使其牢固地結合在一起。
論文中介紹,這種電池的特點是可實現非常高的功率輸出,並且此時的能量密度也較高。“低功率輸出時的能量密度雖然與普通鋰離子充電電池沒什麼差別,但高功率輸出時,此次的電池顯示出了更大的性能特性”(論文)。
此次的電池在輸出密度為100kW/kg時,單位重量的能量密度為200Wh/kg。低功率輸出時的最大能量密度約為500Wh/kg。不過,這些數值是相對於電極的重量計算的。如果相對於電池整體的重量計算,“將會是這些數值的1/5”(論文)。也即輸出密度約為20kW/kg時,能量密度約為40Wh/kg,低功率輸出時的最大能量密度約為100Wh/kg。
“普通鋰離子充電電池在輸出密度為1kW/kg時,相對於電池重量的能量密度為150Wh/kg。普通電容器在電力密度為10kW/kg時,相對於電容器重量的能量密度為5Wh/kg”(論文)。
與這些已有的電池及電容器相比,此次的電池擁有“輸出密度是鋰離子充電電池的5倍左右、能量密度是電容器的10倍左右的性能”(論文)。
電池的充放電周期特性方麵,論文表示即使反複充放電1000次以上,性能也不會發生劣化。
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