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1、微电池有颗纳米芯 充电时间更短性能更出色.txt6 宽容润滑了彼此的关系，消除了彼此的 隔阂，扫清了彼此的顾忌，增进了彼此的了解。赖斯大学发明的这种纳米结构的锂电池与现 在通用的锂电池相比，充电更迅速、电力也更充足。右侧的透射电镜图显示，纳米线被一种 PMMA 的多聚体包裹着。 （图片来源：赖斯大学 Ajayan 实验室） 美国赖斯大学的科学家最近在微电池制造方面迈出了重要的一步，他们研发出一种结实 的立体微电池，这种电池比普通的锂电池充电时间更短，其他性能也更为出色。这项成果可 能为遥感、显示屏、智能卡、柔性电子器件以及生物医学设备等领域带来革命性的突破。 这种电池里有着垂直排列的镍锡纳米线
2、，这些纳米线外面均匀地包裹着一种叫做 PMMA 的多聚体材料，也就是我们俗称的有机玻璃。PMMA“外衣”能够让超薄电解质层稳定 地环绕在纳米结构材料周围，从而使这项存在已久的难题终于得到了解决。 赖斯大学的 Pulickel Ajayan 及其实验室成员花了一年多的时间，找到了一种可靠的方 法，能够将单根纳米线裹上一层平滑的 PMMA 基胶质电解质。PMMA 的主要作用是绝缘，当电 流通过时，它能保护里面的纳米线不受反电极的影响。研究者的这项工作在线发表在本周出 版的纳米快报 （Nano Letters）杂志上。 “在普通的电池里，通常会有一个很厚的隔离物将两个电极隔开。 ”该校机械工程与材
3、料化学教授 Ajayan 说， “如果能将电池里的东西挨得尽可能近，就可以大大提高电化学效率。 但这一直是个很大的挑战。 ” Ajayan 和他的同事认为，解决这个问题的敲门砖，应该是开发涂层纳米线。应用这种 技术开发出来的具有伸缩性的微型器件，将会比普通的薄膜电池具有更大的表面积。 “不过 说句公道话，你不能用厚度来评判薄膜电池的好坏，因为这关系到锂离子动力学的速度快慢。 ”Ajavan 说。 “我们想弄清怎样把用 3D 技术设计出来的电池落实到纳米级别的实物上。 ”Ajayan 实 验室的研究生 Sanketh Gowda 说， “通过提高纳米线的高度，我们可以在不改变锂离子扩散 距离的同
4、时，提高电池的储能量。 ” “说实话，这种电池的 3D 概念设计早就出来了。 ”研究的带头人之一 Arava Leela Mohana Reddy 表示， “但是技术难点在于实际操作中，人们究竟能否给一段较长的纳米线裹 上一层完美的 PMMA 外衣。即使一个很小的失误也会导致全盘失败。 ” 这项实验主要基于去年该实验室发表在纳米快报上的一项研究，当时研究小组研发 出了一种共轴的纳米线电缆。 而在这项新的研究中，研究者使用电极沉积的方法，在一块阳极氧化铝模具的孔中造出 了一条 10 微米长的纳米线。然后他们使用简单的化学蚀刻技术将模具上的孔扩大，并注入 PMMA 材料，将孔中的整条纳米线均匀地包
5、裹起来。最后研究者用化学方法将成品从模具上 洗了下来。 研究小组用这种纳米线造出了面积为 1 平方厘米的微电池，这种电池比相同电极距离的平板电池储能更多、充电更快。 “电池是立体的，因此在同样的距离下能够传输更多的能量。 ”Gowda 说。 研究小组还发现，有了 PMMA“外衣” ，电池的可充电次数也会增多，因为它能够使纳米 线和液体电解质之间的隔离环境更加稳定。 最后，研究人员还验证了电池中另一个常见的问题。比如硅电极，它会随着锂离子的来 回流动出现膨胀和收缩的现象，长时间体积的变化会损坏电极。那么这种循环效应对纳米线 新电池的影响又如何呢？ 电子显微图像显示，纳米线在经过了多次的充放电循环后，PMMA 薄膜并没有出现破损 的情况，甚至连一个小针眼都没有。研究人员认为包膜技术能够抵抗住电极体积的扩大，从 而延长了电池的寿命
