纳米复合材料提升自充电池性能

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日前，美国佐治亚理工学院的一个研究团队通过在电池压电材料里添加纳米颗粒形成纳米复合材料，大幅提升了电池的充电效率和存储容量。相关改进自主充电电池的论文刊登在最新一期的《纳米技术》上。
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　　据带头进行这项研究的美国佐治亚理工学院、中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林教授介绍，自充电电池可以在不被插到墙上插座或其他电源的情况下，利用周围环境中的机械形变和振动，在压电效应下促使锂离子从阴极向阳极迁移，直接实现充电。这种自充电能源包一步实现能量的产生和储存，在世界范围内引起了极大反响，其为开发新型便携式移动电源以实现自供能系统和便携式个人电子器件提供了全新的方法。

　　自充电电池有几百微米厚，适合置于不锈钢扣式电池内部。研究人员设想，该电池在不久的将来可以给各种小型便携式电子设备，如移动电话和人体健康监测系统提供电源。

　　在改变传统的锂离子电池为自充电电池的过程中，研究人员更换了通常用于在锂电池中分隔两个电极的聚乙烯分离器，当在外加应力下，用一种压电材料产生电荷。这种材料2012年的版本采用的是聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜。新研究对PVDF薄膜添加了锆钛酸铅（PZT）纳米粒子，以形成纳米复合材料。添加PZT后电池的性能显著改进，即电池的工作效率提高，存储容量是以前的2.5倍。
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7 p( L/ k4 ]+ ]　　研究人员解释说，这些改进是由于两种机制发生作用：一是PZT诱发的几何变形约束效应增加了压电潜力；二是PZT具有的多孔性结构增大了纳米复合材料孔隙数量，从而在一个小空隙间距内增加了锂离子穿行时传导路径的数量。这两种机制允许更多的锂离子从阴极迁移到阳极，从而增加电荷的总量。

　　来自兰州大学、中科院北京纳米能源与系统研究所的张岩博士和沈阳东北大学的薛欣宇博士也参与了这项研究。