日前，美國佐治亞理工學院的一個研究團隊通過在電池壓電材料里添加納米顆粒形成納米復合材料，大幅提升了電池的充電效率和存儲容量。相關改進自主充電電池的論文刊登在最新一期的《納米技術》上。
據(jù)帶頭進行這項研究的美國佐治亞理工學院、中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林教授介紹，自充電電池可以在不被插到墻上插座或其他電源的情況下，利用周圍環(huán)境中的機械形變和振動，在壓電效應下促使鋰離子從陰極向陽極遷移，直接實現(xiàn)充電。這種自充電能源包一步實現(xiàn)能量的產(chǎn)生和儲存，在世界范圍內(nèi)引起了極大反響，其為開發(fā)新型便攜式移動電源以實現(xiàn)自供能系統(tǒng)和便攜式個人電子器件提供了全新的方法。
自充電電池有幾百微米厚，適合置于不銹鋼扣式電池內(nèi)部。研究人員設想，該電池在不久的將來可以給各種小型便攜式電子設備，如移動電話和人體健康監(jiān)測系統(tǒng)提供電源。
在改變傳統(tǒng)的鋰離子電池為自充電電池的過程中，研究人員更換了通常用于在鋰電池中分隔兩個電極的聚乙烯分離器，當在外加應力下，用一種壓電材料產(chǎn)生電荷。這種材料2012年的版本采用的是聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜。新研究對PVDF薄膜添加了鋯鈦酸鉛（PZT）納米粒子，以形成納米復合材料。添加PZT后電池的性能顯著改進，即電池的工作效率提高，存儲容量是以前的2.5倍。
研究人員解釋說，這些改進是由于兩種機制發(fā)生作用：一是PZT誘發(fā)的幾何變形約束效應增加了壓電潛力；二是PZT具有的多孔性結(jié)構(gòu)增大了納米復合材料孔隙數(shù)量，從而在一個小空隙間距內(nèi)增加了鋰離子穿行時傳導路徑的數(shù)量。這兩種機制允許更多的鋰離子從陰極遷移到陽極，從而增加電荷的總量。
來自蘭州大學、中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所的張巖博士和沈陽東北大學的薛欣宇博士也參與了這項研究。