美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校(UniversityofCalifornia，Irvine；UCI)的研究人員在進(jìn)行基于納米線(xiàn)的電荷儲(chǔ)存機(jī)制研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中所涉及的“線(xiàn)”(wire)是沉積的結(jié)構(gòu)(僅以細(xì)長(zhǎng)納米線(xiàn)形式呈現(xiàn))。根據(jù)研究人員表示，這是一種純金的納米線(xiàn)，表面能以二氧化錳(MnO2)涂覆或鑲嵌護(hù)套。該組件基本上是一種電容器，可在交錯(cuò)的納米線(xiàn)數(shù)組之間形成電荷儲(chǔ)存電容，并懸浮于電解介質(zhì)中。

以相同的材料來(lái)看，使用納米線(xiàn)可提供較薄膜更高的電荷儲(chǔ)存。因?yàn)榧{米線(xiàn)比人類(lèi)的發(fā)絲更細(xì)數(shù)千倍、而且具有高導(dǎo)電性，并具有較大表面積可供電子儲(chǔ)存與傳輸。純金納米線(xiàn)約240nm寬與35nm厚；外殼厚度約在143-300nm之間。根據(jù)先前的研究工作發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)絲極其脆弱，不易妥善保持用于重復(fù)放電、充電或充放電循環(huán)。因此，一般的鋰離子電池容易膨脹、變得脆弱，最后導(dǎo)致破裂。

UCI研究人員在二氧化錳外殼涂覆純金納米線(xiàn)，并將該組裝包裹在以樹(shù)脂玻璃(Plexiglas)狀凝膠制造的電解質(zhì)中，從而解決了這個(gè)問(wèn)題。這種凝膠是聚酸甲酯(PMMA)與過(guò)氯酸鋰(LiClO4：形成鋰離子電池的鋰離子來(lái)源)的組合，十分可靠且不易故障。

主導(dǎo)這項(xiàng)研究的——UCI博士候選人MyaLeThai在三個(gè)月內(nèi)循環(huán)測(cè)試電極達(dá)20萬(wàn)次，未檢測(cè)到任何電量或電力損耗，也無(wú)損于任何納米線(xiàn)。這項(xiàng)研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)(AmericanChemicalSociety)出版的最新一期《能源快報(bào)》(EnergyLetters)中。

UCI化學(xué)系主任ReginaldPenner表示，“Mya一開(kāi)始只是抱著好玩的心態(tài)，將極薄的凝膠完整涂覆在表面上，并開(kāi)始進(jìn)行充放電。她發(fā)現(xiàn)只需在納米線(xiàn)材料上涂覆這種凝膠，就能重復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次，而不至于損耗任何容量。”

他并補(bǔ)充說(shuō)，“這真的很厲害。因?yàn)殡姵赝ǔＷ疃嘟?jīng)過(guò)5，000、6，000或7，000次充放電周期后就會(huì)整個(gè)壞掉而無(wú)法使用。”UCI研究人員所使用的結(jié)構(gòu)特別采用高長(zhǎng)寬比的納米線(xiàn)，以便揭露或放大任何可能發(fā)生的故障效應(yīng)：然而，卻始終未曾出現(xiàn)。

研究人員認(rèn)為，這種凝膠將會(huì)塑化電池中的金屬氧化物，并賦予靈活性，以防止破裂。

“該涂層電極能更有效保持原有形狀，使其成為一個(gè)更可靠的選擇，”Thai說(shuō)，“這項(xiàng)研究證實(shí)納米線(xiàn)電池電極具有更長(zhǎng)的使用壽命，讓我們得以真正實(shí)現(xiàn)這種長(zhǎng)效電池。”

這項(xiàng)研究并與馬里蘭大學(xué)(UniversityofMaryland)先進(jìn)能源研究中心(EnergyFrontierResearchCenter)電能儲(chǔ)存納米結(jié)構(gòu)(NEES)計(jì)劃合作，同時(shí)獲得了美國(guó)能源部(DoE)基礎(chǔ)能源科學(xué)部的資金贊助。