电池:预防火灾;纸和细菌;废水重用。
防止电池火灾
橡树岭国家实验室的研究人员和罗彻斯特大学的发展方法防止锂离子电池从抓着火时损坏。
“在锂离子电池,一块薄的塑料分离两个电极,”盖伯瑞尔威斯说,研究ORNL铅。“如果电池受损和塑料层失败,电极可以接触,导致电池的电解液着火。”
一种方法目前正在调查涉及使用是一种难燃的固态电解质。虽然有前途,这个方法需要不同的生产方法。
相反,团队转向传统电解质的添加剂,凝固的影响,防止电极接触在秋天如果电池损坏或崩溃。如果电极不联系对方,电池不着火。另外,将添加剂将只需要轻微调整传统电池的制造过程。
添加硅粉(蓝色容器)的聚合物层(白色表)分离电极测试电池(金袋)内将防止锂离子电池火灾。(来源:盖伯瑞尔威斯)
否则液体电解质成为固体的能力影响然后re-liquefy由于胶体压力被移除时,这是一个暂停很小,固体颗粒在液体中。效果,称为剪切增稠,也在一个共同的科学实验涉及玉米淀粉混合成水。在这种情况下,研究人员使用完美的球形,直径200纳米二氧化硅粒子悬浮在液体电解质锂离子电池。影响,二氧化硅粒子聚集在一起并阻止液体和离子的流动。
小组计划提高系统的电池损坏的崩溃将保持稳定,而其他的电池将会继续工作。团队最初的目标应用程序,如无人机电池,但最终会像进入汽车市场。他们还计划做一个大版本的电池可以挡住子弹。
纸张电池
宾厄姆顿大学的研究人员正在开发一种bacteria-fueled,基于纸张的电池权力领域的医学生物传感器和诊断设备没有现成的权力。
一次性纸质生物传感器已经发展为廉价和方便的诊断疾病和健康状况,以及检测环境中的污染物。许多这类设备依赖颜色变化报告结果,但他们往往并不是很敏感。
“纸作为生物传感器的材料具有独特的优势,“说Seokheun崔(肖恩)副教授在宾厄姆顿电气和计算机工程。“这是廉价的、一次性的、灵活和高表面积。然而,复杂的传感器需要电源。商业电池太浪费和昂贵的,他们不能被集成到纸基板。最好的解决方案是一个纸质bio-battery。”
为了解决这个问题,团队建立了纸电池通过印刷薄层金属和其他材料到纸张表面。然后,他们把冻干“exoelectrogens”,一种细菌,这种细菌可以转移电子的细胞外,在这张纸上。生成的电子,当细菌产生能量,通过细胞膜。他们可以接触外部电极和电池。
研究人员利用细菌这些纸电池。(来源:Seokheun Choi)
激活电池,研究人员添加水或唾液。几分钟内,液体复苏的细菌,产生足够的电子功率发光二极管和一个计算器。在实验室里,微生物电池产生最大的力量4µW / cm2,电流密度的26µA /平方厘米。
纸张电池,可以使用一次,然后扔掉,目前有大约四个月的保质期。研究人员正致力于改善生存条件和性能的冻干细菌,使更长的保质期。“电源性能也需要对于大多数实际应用提高了1000倍,”崔说,这可能是通过叠加和连接多个纸电池。
团队已经申请了专利商业化的电池和寻求合作伙伴。
废水的电池
纽约州立大学布法罗分校的科学家们的建议再利用亚甲蓝,sapphire-colored染料废水是一种常见的成分从纺织厂,氧化还原流体电池的一个组成部分。
“亚甲蓝是一种广泛使用的染料。它可以有害健康,所以它不是你想要的没有将其转储到环境中,“助理化学教授Timothy Cook说乌兰巴托。”有很多的工作方法来隔离亚甲蓝的水,但是很多这些方法的问题是,他们昂贵并生成其他种类的废物。”
当溶解在水中,亚甲蓝能够捕获、存储和释放电子。在最初的测试中,研究小组建立了两个简单的电池,采用染料溶解在海水。
第一个电池研究人员与近乎完美的运营效率,当它被指控和排水的50倍,然而它的容量下降的分子亚甲蓝被困在膜的关键设备的适当的函数。
第二次尝试使用了一种新的膜材料,保持了近乎完美的第一个模型的效率,但是没有明显的储能能力下降超过12充电和放电周期。
一个简单的液态电池含有亚甲蓝溶液(左),和一种无色隐色亚甲蓝溶液(右)与添加亚甲蓝电子。(来源:梅雷迪斯•福勒斯特Kulwicki /纽约州立大学布法罗分校)
研究人员指出,研究结果表明,亚甲蓝对液体电池,是一种可行的材料,希望能进一步研究,获得真正的从纺织厂使用染料废水。
”这是现实,我们需要避免昂贵的从水中提取染料的过程,”库克说。“我们感兴趣的事情之一是是否可能有一种重新废水本身。在纺织品制造,有盐的废水。通常,氧化还原流体电池的工作,你必须加盐作为支持电解质,所以盐废水可能是一个内置的解决方案。现在这都是投机:我们不知道它会工作,因为我们还没有测试。”
在获得纺织厂废水,该小组计划dye-containing废水蒸发成一个更集中的解决方案,可以直接在电池测试。
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团队转向传统电解质的添加剂,凝固的影响,防止电极接触在秋天如果电池损坏或崩溃。