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功率技術/新能源  

利用奈米碳管 美國研發可重複充電的「紙電池」

上網時間: 2007年08月17日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:紙電池  細胞膜質  奈米碳管 

美國壬色列理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute,RPI)的研究人員宣佈研發出像紙一樣薄的電池。研究人員是將一張由垂直奈米管(vertical nanotubes)組成的毯子(carpet)浸泡在離子液體電解質(ionic liquid electrolyte)中,然後得到了一種可儲存電能的細胞膜質(cellulose)紙張。

RPI研究團隊透過將二次奈米管電極(second nanotube electrode)放置在上述紙張的另一面,製造出了一種超級電容器(supercapacitor);然後研究人員在紙張的頂端放置一個鋰電極(lithium electrode),就產生了號稱像紙一般薄的可充電電池。RPI教授Robert Linhardt表示:「該種紙張嵌入了奈米碳管,而且電解質也浸透了該紙張,所以它的外觀與重量就與一般的紙張沒兩樣。」

這種超級電容器/可充電電池是RPI多個實驗室歷經一年半的聯合研究成果。其中一個實驗室負責製造用以做為電池電極的奈米碳管架構;研究人員在一張薄板上垂直培育出奈米碳管,然後讓液體狀的細胞膜質灌注在由奈米碳管「森林」中,就形成了電池。另一個實驗室則負責添加一種鋰材質的頂端電極,以及一個次奈米碳管電極,製造出這種可充電電池/超級電容器。

一開始離子液體會分解細胞膜質,將其轉變成為膠狀(gel);這種流質就是電池的電解質,負責將離子從紙電池的這端運送到另一端。

每張紙電池能產生約2.4伏特(volts)的電能,能量密度約每平方公分0.6毫安培(milliamps/cm2);也可將紙電池堆疊起來以獲得更高的電能。若還需要更大的電流,還可以把紙張面積加大。RPI的研究人員表示,這種紙電池能在-100~300°F的溫度範圍內運作,能傳遞高速的浪湧電流(surges of current),可碾壓翻轉、也能被裁切成各種形狀。

到目前為止,RPI的研究人員僅將該紙電池重複充電過100次,不過他們指其性能在充電過後並無退化的跡象。下一步,研究人員打算繼續測試該種電池的最高重複充電壽命,並為提升其能量密度進行設計最佳化。

而因為該種紙張具備生物相容性(biocompatible),研究人員也將針對紙電池在醫療植入設備(medical implants)供電上的應用進行實驗,甚至可能採用血液或是汗液來做為液體電解質。此外研究人員也將採用傳統的捲軸式印刷製程(roll-to-roll printing presses),來尋找生產這種電池/電容器的最佳方法。

(參考原文:Paper battery is rechargable)

(R. Colin Johnson)




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