能力/性能:9月5日

能量采集纱
位于达拉斯的得克萨斯大学研究人员和在韩国汉阳大学开发了一个碳纳米管丝当拉伸或扭曲产生电力。可能申请的所谓“twistron”纱线包括获取能量从海浪的运动或温度波动。当缝在一件衬衫,这些纱线作为自供电的呼吸监视器。

研究人员twist-spun碳纳米管为高强度,轻量级的纱线。使纱线具有高度弹性,他们介绍了如此多的捻度,纱线卷像一个强捻橡皮筋。为了发电,纱线必须淹没在或涂有电解质,可以简单普通的食盐和水的混合物。

说:“从根本上说,这些纱线是超级电容器李娜博士研究科学家达拉斯德州大学纳米技术研究所。“你在一般的电容器,利用能源——就像从一个电池——费用添加到电容器。但在我们的例子中,当你把碳纳米管丝插入电解质浴,纱线是由电解质本身带电。没有外部电池,或电压,是必要的。”

当收割机纱线弯曲或拉伸,碳纳米管丝的体积减少,让纱上的电荷紧密和增加他们的能量。这增加了电压与电荷存储在纱,使电力的收获。

螺旋碳纳米管线,成像和扫描电子显微镜,产生电能,当拉伸或扭曲。(来源:达拉斯UT)

拉伸盘绕twistron纱线30次每秒产生250瓦/公斤高峰电力标准化收割机的重量时,雷·鲍曼说纳米技术研究所的主任。“尽管许多替代矿车已经研究了几十年,没有其他报道收割机提供如此高的电力或能源输出每个周期之间的拉伸率的几个周期每秒每秒振动600次。”

表明twistrons可以从环境中收集浪费热能,团队连接twistron纱高分子人造肌肉,加热和冷却时合同和扩展。twistron收割机的聚合物肌肉所产生的机械能转化为电能。

“有很多兴趣使用浪费能源电力物联网,如分布式传感器阵列,”李说。“Twistron技术可能会利用这样的应用程序,改变电池是不切实际的。”

研究人员还缝twistron矿车的衬衫。正常的呼吸把纱和产生一个电信号,展示其潜在的自供电的呼吸传感器。纱也能够使用海水作为电解液,当被海浪发电。

“如果我们twistron矿车可以更少的昂贵,他们可能最终能收获巨大的海浪的能量,”鲍曼说。“不过,目前这些矿车是最适合驱动传感器和传感器通信。基于平均功率输出,仅31毫克碳纳米管丝收割机能提供所需的电能传输2-kilobyte数据包在100米半径为物联网每10秒。”

复合钙钛矿的太阳能电池
斯坦福大学的研究人员开发了一个新概念钙钛矿的太阳能电池灵感来自昆虫的眼睛,旨在保护脆弱的材料加热后恶化,水分或机械应力。

虽然钙钛矿的太阳能电池是有前途的效率和低成本,寿命短,迅速降解,当暴露于现实世界的情况。使他们更稳定目前钙钛矿的研究人员的一个主要焦点。

使用一只苍蝇的眼睛模型,研究小组创建了一个复合太阳能电池组成的钙钛矿微蜂窝的蜂窝,每个封装在一个六角型支架只有0.02英寸(500微米)。

“脚手架是由一个便宜的环氧树脂广泛应用于微电子行业,“说尼古拉斯•罗尔斯顿在斯坦福大学的一名研究生。“这是迄今为止弹性机械应力和抗断裂。”

支架断裂后在一个充满钙钛矿化合物太阳能电池测试。(来源:Dauskardt实验室/斯坦福大学)

测试期间进行的研究显示,钙钛矿的脚手架影响很小的能力将光转化为电能。“我们几乎相同的能量转化效率的每个小细胞钙钛矿,我们会从平面太阳能电池,“Reinhold Dauskardt说,斯坦福大学的材料科学与工程教授。“所以我们取得了一个巨大的增加断裂阻力对效率没有点球。”

该设备比典型的钙钛矿面板也更有弹性。研究人员暴露封装细胞钙钛矿185华氏度(85摄氏度)的高温和85%相对湿度了六个星期。尽管有这些极端条件下,细胞继续发电效率相对较高的利率。

的团队已经申请一个临时专利新技术。提高效率,他们正在研究新的方法来从脚手架散射光线到每个细胞的钙钛矿的核心。

纳米金刚石更安全的电池
德雷塞尔大学的研究人员、清华大学和Hauzhong科技大学发现使用纳米金刚石锂离子电池电解质的防止树突的形成,降低电池容易短路和火灾。

随着离子在两个电极之间的锂离子电池,金属胡须称为树突形成。足够的指控和放电后,他们可以到达的地方是,他们通过分离器,多孔聚合物薄膜,防止电池的带正电的部分接触带负电的部分。分离器被打破时,可能发生短路,也会导致火灾因为大多数锂离子电池电解液的解决方案是高度易燃。

为了避免树突形成和减少火灾的可能性,目前的电池设计包括一个电极的石墨锂代替纯锂。石墨作为锂的主机的使用防止树突的形成。但锂插入石墨也比纯锂商店少大约10倍的能量。

如果树突的形成可以消除在纯锂电极,一个伟大的增加储能是可能的。

纳米金刚石电镀行业已经使用了一段时间,使金属涂料更均匀。沉积时,他们自然地滑在一起形成一个光滑的表面。

研究人员发现这个属性为消除树突的形成是有用的。纸,他们解释说,锂离子很容易附着在纳米金刚石,所以当他们镀电极在相同的金刚石颗粒有序的方式与他们联系。他们报告说,混合纳米金刚石成锂离子电池的电解质溶液放缓树突形成为零到100年充放电周期。

树突的形成(插图和显微镜在左栏)随时间发生在锂离子电池和可能导致危险的故障,如短路和火灾。电池内的电解质溶液添加纳米金刚石的锂离子沉积(右列)所以树突不形式。(来源:德雷塞尔大学和清华大学)

初步结果显示稳定的充放电循环长达200个小时,这是足够长的时间用于一些工业和军事应用,但没有足够的用于笔记本电脑的电池或手机。研究人员还需要测试大量的电池在长时间在各种物理条件下和温度以确保树突永远不会成长。

“它有可能改变游戏规则的,但很难100%确信树突永远不会成长,”尤里·Gogotsi说,德雷克塞尔的材料科学与工程教授。“我们预计第一个使用我们提出的技术将在关键的应用,而不是在手机或汽车电池。为了确保安全,电解质添加剂,如纳米金刚石,需要结合其他预防措施,如使用不易燃的电解质,更安全的电极材料和更强的分隔符。”