自组装的电池;磁二极管;更好的压电材料。
自组装的电池
康奈尔大学的研究人员开发了一个自组装的电池不再充电的能力。
而不是电池的阳极和阴极的两侧不传导的分离器,团队的新方法与自组装的组件,三维螺旋形的结构,与成千上万的纳米级孔隙充满了能量储存和交付所需的元素。
螺旋形的碳薄膜,作为电池的阳极,是由嵌段共聚物自组装和功能成千上万的定期毛孔的40纳米宽。毛孔被10 nm厚的涂层,通过electropolymerization电子绝缘但ion-conducting分离器,这本质的过程产生了pinhole-free分离层,有助于避免电池火灾。
下一步是添加的阴极材料,在这种情况下,硫——的数量并不完全填补剩余的毛孔。自硫可以接受电子但不导电,最后一步是回填与电子导电聚合物被称为PEDOT(保利(材料间是的运动))。
的渲染3 d电池体系结构(最高;不按比例)贯穿阳极(灰色,负号)分离器(绿色)和阴极(蓝色,加号),每个大约20纳米大小。以下是各自的分子结构。(来源:威斯纳集团/康奈尔大学)
“这死体积三维架构基本上消除了所有损失在你的设备,”乌尔里希威斯纳说,康奈尔大学的工程学教授。“更重要的是,减少这些相互影响的维度域到纳米级,就像我们一样,给你数量级更高的功率密度。换句话说,您可以访问更短时间的能量比通常用的传统电池的架构。根据威斯纳,由于电池的元素的尺寸缩小到纳米尺度,“当你把你的有线电视插座,在几秒钟内,甚至更快,电池将被起诉。”
电池仍处于概念验证阶段,和几个挑战依然存在。特别是,体积变化在放电和充电逐渐降低PEDOT电荷收集器,不经历的体积膨胀硫。工作上的团队已经申请了专利。
磁二极管
密苏里大学的研究人员已经提出了磁二极管,他们希望可以大大减少电力需求的电子产品。
团队开发了一个二维,由沉积磁性合金纳米材料,或坡莫合金蜂窝结构模板的硅表面。新材料进行单向电流或电流,只有流的一种方法。材料也有耗散功率半导体二极管相比,明显不足。
“一个二极管通常通过设备进行电流和电压偏置方向只有一个,但电压反向时,当前的停止。这个转换过程成本显著的能量耗散,或电源的损耗,从而影响电池寿命,”迪帕克·k·辛格说,副教授在密苏里大学的物理学和天文学。“用半导体磁系统,我们相信我们可以创造一个积极有效的设备,消耗更少的电能和增强的功能。”
左边显示了原子力显微照片,展示蜂窝结构模式在磁装置。插图显示了电流方向的示意图。右边:电子数据显示二极管型的行为在一个方向流动的电流。插图显示订单的耗散功率的nano-watt电流方向,这是至少三个数量级小于半导体二极管。(来源:迪帕克·辛格)
团队认为磁新磁晶体管和二极管作为第一步消散很少的功率放大器,提高电源的效率。
“虽然更多的工作需要完成开发最终产品,该设备可能意味着一个正常的5小时的费用可能会增加超过500小时,”辛格说。“该设备也可以作为一个开/关开关”等其他外围组件闭路摄像机或射频衰减器,流经一个设备,可降低功率。我们已经申请了美国专利和开始的过程将分拆公司帮助我们把设备市场。”
更好的压电材料
工程师在宾夕法尼亚州立大学和华中科技大学提出一个复合材料可以提高压电能量收集装置的效率提高10倍。
通常情况下,压电设备使用硬陶瓷纳米颗粒或纳米线添加到软,弹性聚合物支持。聚合物提供了灵活性,而压电纳米颗粒把机械能转换成电的电压。但这些材料相对低效的,因为在机械负荷吸收的机械能主要是大量的聚合物,与一个非常小的一部分转移到压电纳米颗粒。而增加陶瓷将提高能源效率,它有更少的灵活性的权衡。
“硬陶瓷在柔软的聚合物在水中就像石头,“王庆说,宾夕法尼亚州立大学的材料科学与工程教授。“你可以拍打水面,但小力转移到石头。我们称之为strain-transfer能力。”
灵活的陶瓷泡沫对能源的收获。(来源:王实验室/宾夕法尼亚州立大学)
工作的概念,连通性压电填料压电效应的效率决定的,与更多的效率获得三维材料允许运输机械能直接通过物质而不是消散到聚合物基质中,团队转向廉价聚氨酯泡沫除尘表常见的在装修店。
小制服突起表作为模板形成压电陶瓷的微观结构。研究人员应用聚氨酯的陶瓷表悬浮在溶液中纳米粒子的形式。当模板和溶液被加热到足够高的温度,表烧伤和溶液结晶成固体三维均匀缩微过程泡沫将在洞。然后泡沫陶瓷的孔填充聚合物。
“我们看到这三维复合材料具有更高的能量输出在不同的模式下,”王说。“我们可以拉伸,弯曲,按它。同时,它可以用作一个热电能量收割机如果有至少几度的温度梯度”。
团队正在努力改善与无铅材料、更环保的替代当前lead-zirconium-titanate陶瓷。
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