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避免纳米级锂电池中的电解质故障

导读 事实证明你可能太瘦 - 特别是如果你是一个纳米级电池。来自美国国家标准与技术研究院(NIST),马里兰大学帕克分校和桑迪亚国家实验室的研

事实证明你可能太瘦-特别是如果你是一个纳米级电池。来自美国国家标准与技术研究院(NIST),马里兰大学帕克分校和桑迪亚国家实验室的研究人员构建了一系列纳米线电池,以证明电解质层的厚度可以极大地影响电池的性能,设置微小电源大小的下限。结果非常重要,因为电池尺寸和性能是自主MEMS-微机电设备发展的关键-这些设备在广泛的领域具有潜在的革命性应用。

MEMS器件可以小到几十微米(即大约是人类头发宽度的十分之一),已经被提出用于医学和工业监测中的许多应用,但它们通常需要一个小的,长寿命的,用于电源的快速充电电池。目前的电池技术使得制造远小于毫米的这些机器成为不可能-大多数是电池本身-这使得这些设备非常低效。

NIST研究员AlecTalin及其同事创造了一个名副其实的森林-大约7微米高,800纳米宽的固态锂离子电池,看看它们用现有材料制造的尺寸有多小,并测试它们的性能。

从硅纳米线开始,研究人员沉积了各种厚度的金属层(用于接触),阴极材料,电解质和阳极材料,以形成微型电池。他们使用透射电子显微镜(TEM)观察整个电池的电流流动,并观察其内部的材料在充电和放电时会发生变化。

该团队发现,当电解质薄膜的厚度低于约200纳米的阈值时,电子可以跳过电解质边界而不是通过导线流到器件并流到阴极。短路通过电解质的电子-短路-导致电解质分解并且电池快速放电。

“目前还不清楚的是电解液发生故障的原因,”塔林说。“但显而易见的是,如果我们打算制造更小的电池,我们需要开发一种新的电解质。主要材料LiPON不能用于制造实用的高能量密度可充电电池所需的厚度MEMS“。

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