美國加州大學(xué)爾灣分校(UniversityofCalifornia,Irvine；UCI)的研究人員在進(jìn)行研究中意外發(fā)現(xiàn)，基于納米線的電池材料能夠重復(fù)充電數(shù)十萬次，可望實(shí)現(xiàn)幾乎無需更換的電池。

研究人員在進(jìn)行基于納米線的電荷儲存機(jī)制研究時發(fā)現(xiàn)，其中所涉及的“線”(wire)是沈積的結(jié)構(gòu)(僅以細(xì)長納米線形式呈現(xiàn))。根據(jù)研究人員表示，這是一種純金的納米線，表面能以二氧化錳(MnO2)涂覆或鑲嵌護(hù)套。該組件基本上是一種電容器，可在交錯的納米線數(shù)組之間形成電荷儲存電容，并懸浮于電解介質(zhì)中。

以相同的材料來看，使用納米線可提供較薄膜更高的電荷儲存。因?yàn)榧{米線比人類的發(fā)絲更細(xì)數(shù)千倍、而且具有高導(dǎo)電性，并具有較大表面積可供電子儲存與傳輸。純金納米線約240nm寬與35nm厚；外殼厚度約在143-300nm之間。根據(jù)先前的研究工作發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)絲極其脆弱，不易妥善保持用于重復(fù)放電、充電或充放電循環(huán)。因此，一般的鋰離子電池容易膨脹、變得脆弱，最后導(dǎo)致破裂。

UCI研究人員在二氧化錳外殼涂覆純金納米線，并將該組裝包裹在以樹脂玻璃(Plexiglas)狀凝膠制造的電解質(zhì)中，從而解決了這個問題。這種凝膠是聚酸甲酯(PMMA)與過氯酸鋰(LiClO4：形成鋰離子電池的鋰離子來源)的組合，十分可靠且不易故障。

主導(dǎo)這項研究的——UCI博士候選人MyaLeThai在三個月內(nèi)循環(huán)測試電極達(dá)20萬次，未檢測到任何電量或電力損耗，也無損于任何納米線。這項研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(AmericanChemicalSociety)出版的最新一期《能源快報》(EnergyLetters)中。

UC-Irvine博士候選人MyaLeThai手握可讓鋰離子電池反復(fù)充電幾十萬次的納米線材料（來源：UCIrvine）

UCI化學(xué)系主任ReginaldPenner表示，“Mya一開始只是抱著好玩的心態(tài)，將極薄的凝膠完整涂覆在表面上，并開始進(jìn)行充放電。她發(fā)現(xiàn)只需在納米線材料上涂覆這種凝膠，就能重復(fù)充放電數(shù)十萬次，而不至于損耗任何容量?！?/span>

他并補(bǔ)充說，“這真的很厲害。因?yàn)殡姵赝ǔＷ疃嘟?jīng)過5,000、6,000或7,000次充放電周期后就會整個壞掉而無法使用。”UCI研究人員所使用的結(jié)構(gòu)特別采用高長寬比的納米線，以便揭露或放大任何可能發(fā)生的故障效應(yīng)：然而，卻始終未曾出現(xiàn)。

研究人員認(rèn)為，這種凝膠將會塑化電池中的金屬氧化物，并賦予靈活性，以防止破裂。

“該涂層電極能更有效保持原有形狀，使其成為一個更可靠的選擇，”Thai說，“這項研究證實(shí)納米線電池電極具有更長的使用壽命，讓我們得以真正實(shí)現(xiàn)這種長效電池。”

這項研究并與馬里蘭大學(xué)(UniversityofMaryland)先進(jìn)能源研究中心(EnergyFrontierResearchCenter)電能儲存納米結(jié)構(gòu)(NEES)計劃合作，同時獲得了美國能源部(DoE)基礎(chǔ)能源科學(xué)部的資金贊助。