《探析纳米技术在新能源电池中的应用》
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摘 要 基于对纳米技术在新能源电池中应用的研究,本文首先从纳米技术的概念入手,然后与其中内容相结合,对纳米技术在新能源电池中应用的主要方向进行分析.文章主要围绕纳米技术可用于电池充放电速度与电阻问题改善、提高电池使用的安全性、提高电动汽车电池组质量、提升能源的利用效率以及新型电池的整体优化这五个方面展开探讨,希望能够为有关人士提供帮助.
关键词 纳米技术;新能源电池;研究应用
引言
随着科学技术的飞速发展,纳米技术也逐渐被应用于各个领域的创新研究中,而新能源电池作为近几年国家与社会各界广泛关注的焦点,与纳米材料结合后的优异性能,也逐渐成为专家学者研究的重点方向.尤其是现如今我国能源越来越紧缺,新能源与应用途径的研究也愈发紧迫,如果能实现纳米技术与新能源电池的融合,不仅能使当今社会资源紧张的情况得到缓解,对于我国可持续发展来讲,也是巨大的推动力量.
1纳米技术的概念
纳米技术出现于20世纪中后期,简单来讲就是在纳米尺寸（10-10～10-7）之内改造自然,通过将原子与分子直接重新安排,来实现物质创新的技术,而纳米科技的主要研究对象,则为尺寸处于0.1～100nm间的物质,重点观察体系构成的运动规律与相互作用,并将其应用于实际问题的处理中,为很多领域的研究都带来了重大突破.
纳米体系物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米材料学、纳米电子学、纳米加工学以及纳米力学,都属于纳米科技的范畴,作为人类以往从未涉及过的领域,纳米技术是非宏观、非微观的.这是人类对世界更深层次的认识,也是人们自然改造能力进步的里程碑,在向分子与原子直接还原的基础上,推动人类科技进入新的时代,即为纳米科技时代.围绕纳米技术展开的科技革命,必然会成为21世纪的主导[1].
2纳米技术在新能源电池中应用的主要方向
2.1 用于电池充放电速度与电阻问题改善
Store Dot公司研发的使用有机材料制成的电池,即为融入了新型纳米技术,与传统的锂电池相比较来讲,其充放电速度的提高非常显著.此公司还称这种电池能有效缓解传统锂电池中的电阻问题,通过对分子等级纳米技术的有效运用,电阻中的电机几乎为零.这种电池在2016年由Store Dot公司推出,实验证明,将一部手机从0电量到充满只需要30s时间.
具体来讲,这种新型充电基础是以“纳米点”的分子为基础研发的,在将多肽向储能纳米管转化之后,每次都能储存与放出极大的电量,使手机在短短几分钟之内将点充满,而对于此技术在电动车中的应用来讲,7000个纳米点即能满足正常电动车所需的全部动力,使电池使用更加便利[2].
2.2 用于提高电池使用的安全性
斯坦福大学曾研究出基于纳米技术锂离子电池,其相比较传统电池来讲具备防爆功能,此类电池可在反复加热与冷却循环中,进行相应次数的关闭与重启,且并不会影响到性能.在实验的过程中,研究人员曾将一层石墨烯,覆盖在带有纳米级凸起的镍颗粒上,再将这些颗粒向弹性足够的聚乙烯薄膜中嵌入.如果电池温度被加热到70℃以上,则聚乙烯薄膜会骤然膨胀,在镍颗粒互相分离的情况下,电池就会停止工作;但如果电池温度处于70℃之下,则聚乙烯薄膜就会收缩到原本的状态,镍颗粒也重新互相接触,电池仍会继续产生电流.实验过程中将温度调高或降低都是可以的,但需以镍颗粒的嵌入量为根据来决定,聚合物材料类型的選择也应考虑在内.
2.3 用于提高电动汽车电池组质量
加州大学洛杉矶分校中,有研究人员尝试在镁和锌合金溶液融入碳化硅纳米颗粒,并且取得了成功,金属纳米复合材料就此产生,这种材料质量轻但坚固,且延展性也很强,在高温条件下状态稳定,将其应用于新能源电池研发,能在极大程度上提高电池性能.且将纳米颗粒向金属溶液中注入之后,纳米颗粒会出现凝聚现象.近几年此方面的突破,主要集中在碳化硅纳米颗粒在金属镁中的完美融合,通过对高压扭转压缩金属的应用,更是使其坚固性进一步提升,而站在质量比的角度上来看,此种复合材料中碳化硅的占比为14%,剩余的均为镁,这对于电动汽车电池组质量提高来讲是非常有帮助的[3].
2.4 用于提升能源的利用效率
美国俄勒冈州大学曾研究出由各类原子制成的“纳米环”,同时因为这种纳米结构是环形的,所以在太阳电池或传感器能源利用效率优化方面的作用也十分明显,此类纳米环实际上也就是联苯纳米环化学分子,在经过设计、加工之后,所制成的材料能更好地吸收与发射能量.1nm的纳米环即可形成新型结构,尺寸通常情况下小于长链聚合物,但要大于小型低量分子,所以能在能量或光学组件中得到应用;纳米环能量也处于价电带和导电带间,对于有机半导体的设计来讲非常关键.
2.5 应用于新型电池的整体优化
德国慕尼黑工业大学和慕尼黑大学,也有关于纳米技术在新能源电池中应用的研究成果,在所使用锗材料为纳米结构的情况下,所制造的多孔半导体层轻薄且坚固,另外,研究人员还在锗材料孔隙中,发现能实现有机聚合物的适量整合,如此不仅能使空间得到有效节省,新能源电池的效能也会整体提升.这种原材料的孔壁上,附有无机半导体锗,非常有利于电荷的产生与储存,与此同时,因为蜂窝状的孔壁比较薄,所以电荷在流动时也能选择更短的线路,而为弥补其易碎的性质,研究团队则想将硬质锗材料向软性多孔层转化,现已研究出一种合成方法,所需结构能精准且重复的制造.
3结束语
综上所述,在世界人民能源节约、环境保护意识逐渐提升的大背景下,新能源电池研发受到的重视程度也越来越高,这不仅是改善能源紧缺问题的基础,也是新能源发展的必然趋势,因此,如何在新能源电池中应用纳米技术,也值得展开进一步的深入研究.
参考文献
[1] 韩佳均.纳米技术在新能源电池中的应用[J].数码世界,2018（5）：34.
[2] 刘春娜.纳米技术在新能源电池中的应用[J].电源技术,2016,40（2）： 239-240.
[3] 张愿成,庞宏杰,郭群超,等.纳米技术在晶体硅太阳能电池中的应用[J].新材料产业,2011（12）：49-52.
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新能源和纳米技术引用文献:
[1] 新能源和纳米技术本科论文开题报告范文 新能源和纳米技术相关学年毕业论文范文2万字
[2] 汽车新能源技术专业论文选题 汽车新能源技术论文题目如何取
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