http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-08-15
华人师生研发出透明锂电池
华人师生 研发出透明锂电池
外形如同“透明的纱窗” 柔软度高可弯曲 有望应用于电子领域
在不久的将来，人们就能拥有透明的手机或电子阅读器了。
据《美国科学院院刊》今晨报道，美国斯坦福大学三位华人师生研发出透明锂离子电池，为全透明电子产品的诞生扫除了最后一个障碍。
透明电池的外形如同“透明的纱窗”，是由斯坦福大学材料科学及工程系副教授崔屹和他的博士生杨远、胡良兵等研究人员最近在实验室里完成的，它兼具多项功能和特点，功率强大，柔软度好，时尚且价廉。
转换思路
网格状的电极 让肉眼看不见
此前，已有几家公司成功制造出部分透明的电子产品，然而，电池中关键的活跃材料无法制造成透明状。
一位日本学者和美国南加州大学教授曾分别在2007年和2009年研制出透明电池，但其能量密度和储存电力尚不能提供手机等电子产品的正常使用，全透明电子设备还只是概念阶段。
崔屹的研究团队转换思路，通过改变电极结构的方法，让这种关键材料变得让肉眼看不见。他们研发出的透明电池的电极为网格状架构，网格中每条线的宽度约为35微米，因为单条线如此细小，光会穿过网络线之间的透明缝隙，整个网眼区域看起来就是透明的。
杨远解释说：“人的肉眼分辨极限在50至100微米之间，如果材料小于50微米，人眼看它就是透明的。”
精巧设计
选定弹性材料 制作透明电解液
为制造该透明电池，崔屹的团队做出了精巧的设计。首先，他们选定了透明而有弹性的化合物聚二甲硅氧烷，替代铜或铝等不透明的常规材料。接下来，他们将一种凝胶电解液进行了改进，使其既做电解液又做分离器。
通过将新的透明的电解液精确地放置在两个电极之间， 崔屹的研究团队制造出了一块功能性的透明电池，而且，可以通过添加多层让透明电池的体积更大、功能更强。只要网线能精确地匹配，透明性就能一直保持。
“很多层纱窗放在一起，仍然是一片薄薄的透明纱窗。这样透明度没有降低，但能提供的电量却可以不断累加，达到常规电子产品的要求。”杨远说。光传输测试显示，该电池在可见光中的透明性为62%；三个电池层叠在一起的透明性为60%。
发明者团队
崔屹：35岁，广西人，1996年毕业于中国科技大学化学系。本科毕业后赴美，在哈佛大学化学系攻读纳米应用专业博士，现任美国斯坦福大学材料科学及工程系副教授。2003年获美国米勒杰出青年科学家奖，拥有纳米传感器等多项专利发明
杨远(崔屹的学生)：2003年就读于北京大学物理学院。2007年获得美国斯坦福大学全额奖学金并赴美攻读博士学位
胡良兵(崔屹的学生)：2002年从中国科学技术大学毕业后，赴美国加州大学洛杉矶分校攻读物理学，2007年获得博士学位
质地柔软
成本低可弯曲
手机戴手腕上有望成真
这款锂离子电池非常柔软，并可以弯曲，为概念手机的诞生提供了可能性，“把手机戴在手腕上”有望成真。
最重要的是它的成本与常规电池相当，有望在消费电子领域“大展拳脚”。
对于透明电池的诞生，崔屹乐观地表示，此项发明具有多重意义，对科学界来说，可以用光学手段来探测和分析电池里的反应；对于业界来说，全透明电子产品指日可待；而对消费者来说，“想象一下，拥有一款全透明的手机多酷吧！”
文/实习记者 程磊 实习生 蒋伊晋
[法制晚报]
日本开发出超离子固态锂电池
本报讯 (记者常丽君)据美国物理学家组织网8月4日(北京时间)报道，一个日本研究小组开发出一种能像电解液一样产生电流的固态电介质，并用其制造出了固态锂电池，其导电性可达到现有液态锂离子电池的水平。研究人员表示，由于固体更紧密坚固，这种高导电性的固态锂电池能在更宽的温度范围下供电，抵抗物理损伤和高温的能力更强。相关研究发表在《自然·材料学》上。
锂离子电池由于能效密度高、再充性能好、使用损耗小等优点，普遍用于消费电子领域和电动汽车。目前高能效、高密度的化学电池只能靠液态电介质才能实现，而液态介质比较脆弱，需要给电池附加多重安全防护措施，这就使得大型电池系统既复杂又昂贵。而现有的固体电介质实际电导率很低，只能达到液态电解液的十分之一左右，对温度变化较敏感，工作温度限制在了50℃到80℃范围。
研究小组开发的称为锂超离子导体(Li10GeP2S12)的新材料，仍然用锂作离子导体，但给它们涂了一层晶体结构层，天然晶格就成了允许离子通过的小孔，外层结构生成了让离子能够运动的通道。他们对这种固态锂电池进行了测试，发现其在导电性能上达到了现有液态锂离子电池的水平，而且新电池能在-100℃到100℃之间的温度范围内工作。
研究人员指出，这种固态电介质电池在制造上易于成型、模压和组装，制造工艺更加简单而廉价，稳定性好不挥发。如果大量生产有望降低消费型电子设备的价格，尤其是在电池就占了近一半成本的电动汽车领域。
总编辑圈点
研究表明，电动汽车的能源效率已超过汽油机汽车。特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高，电动汽车更加适宜。然而，电动汽车推广起来并不顺畅，这与其充电电池不无关联。作为现代高性能电池的代表，锂离子电池具有可快速充放电、充电效率高等诸多优点，但目前靠液态电介质才能实现的大型电池系统复杂且昂贵，好在日本科研人员制造出的固态锂电池，制造工艺简单而廉价，这或将成为电动汽车普及应用的一大推手。
[科技日报]
相关报道
石墨烯纳米复合材料可提升电池性能
本报讯 据美国物理学家组织网7月27日报道，美国科学家制造出了一种由石墨烯和锡层叠在一起组成的纳米复合材料，这种可用来制造大容量能源存储设备的轻质新材料可用于锂离子电池中，其“三明治”结构也有助于提升电池的性能。相关研究发表在最新一期《能源和环境科学》杂志上。
该研究的领导者、劳伦斯伯克利国家实验室分子基地的科学家张跃刚（音译）表示：“电动汽车需要轻质电池，也要求这种电池能快速地充电，且其充电能力不会因持续充放电而有所降低。我们最新研制出的石墨烯纳米复合材料可改进电池的性能。”
石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的二维晶体，只有一层碳原子的厚度，是迄今最薄也最坚硬的材料，其导电、导热性能超强，远远超过硅和其他传统的半导体材料。很多人认为，石墨烯可能取代硅成为未来的电子元件材料，在超级计算机、触摸屏和光子传感器等多个领域“大显身手”。张跃刚和同事此前的研究也都专注于石墨烯在电子设备上的应用。
在最新研究中，该研究团队将石墨烯和锡交替层叠制造出了这种纳米复合材料。他们将一层锡薄膜沉积在石墨烯上，接着在锡薄膜上方放置另一层石墨烯，然后不断重复这个过程制造出了这种复合材料。他们还对材料进行了热处理，通过在一个充满氢气和氩气的环境中将其加热到300摄氏度，锡薄膜转变成很多柱子，增加了锡层的高度。
研究人员姬立文（音译）表示：“对这个系统来说，锡薄膜形成这些锡纳米柱非常重要。而且，我们也发现，最上层石墨烯和最底层石墨烯之间的距离也会不断变化以适应锡层高度的变化。”
新纳米复合材料中石墨烯层之间的高度变化会对电池的电化学循环有所改善，锡高度的变化会改进电极的性能。另外，这种适应性也意味着电池能被快速地充电，而且重复充放电也不会降低其性能，这对电动汽车内的可充电电池来说非常关键。（刘霞）
[科技日报]