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新動力電池一步完成發電與儲能

2012/09/15 | | 標籤:

charging

美國研究人員創造出一種新型的動力電池(power cell),能直接將機械能轉換成化學能儲存起來,需要用時再轉換成電能釋出。相形之下,其他類似技術則是先把機械能轉換成電能,然後才以化學能形式儲存。研究團隊表示,此系統由於略過中間的轉換步驟,因此能提供更高的發電效率,未來若進一步改良,未來或許能裝在鞋底,利用走動對手機電池充電。

隨著可攜式電子設備的數目日益增加,如何維持供電成為一大挑戰。這一點對步兵尤其困難,他們可能長時間在外執行任務而缺乏可靠的電源,又要保持通訊系統、GPS等設備正常運作,因此不得不隨身攜帶大量電池。有鑑於此,科學家們正著手研發能藉由一般身體活動而產生電力的系統,其中鞋類是明顯的目標,因為軍人經常得大量步行,而在鞋底的發電元件能在每一步行走中擷取少許能量。

目前已有數種以鞋類為動力來源的研究正在進行,而上述能將產生的能量直接儲存的裝置是由喬治亞理工學院的Zhong Lin Wang團隊所研發。此動力電池的陰極材料為鋰鈷氧化物,陽極是由垂直生長於鈦表面的二氧化鈦奈米管所構成,兩電極間由壓電材料聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜隔開。當電池受到擠壓時,聚偏氟乙烯會產生壓電電荷,驅使鋰離子由陰極移動至陽極,將電能轉變為化學能並儲存於鋰鈦氧化物內。當外力移除而電池鬆弛時,化學能依舊維持儲存狀態,因此連續的壓縮循環便能不斷地儲存能量。欲使用此電池時,只需在陽極與陰極間接上負載,使鋰離子得以回流陰極,化學能便會以電能釋出,而放電後的元件可再次充電。

研究團隊以2.3 Hz的頻率重複壓縮元件,電池的端電壓在4分鐘內增加到約60 mV,可提供1 mA的電流約兩分鐘,雖然遠不足以用來為手機充電,但串聯數個電池仍可供電子計算機使用約10分鐘。為證明此這種設計的效率高於分別發電與儲存,研究人員還利用類似元件製作出以一個電池產出的電能,來驅動另一電池的離子的系統。以儲存能量。此系統在相同的壓縮條件下,能在4分鐘內獲得不到 mV的電壓。

研究人員認為雖然此技術處於非常初期的階段,有許多方法能增進其效能。例如,他們認為大部分壓縮機械能散失在電池的不鏽鋼外殼,而非聚偏氟乙烯薄膜中。Wang預期元件包覆材質的改良將有助於增進整體的效率。詳見Nano Letters|DOI: 10.1021/nl302879t。

譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝

資料來源:Power cell generates and stores energy in one step. NanoTech [Aug 31, 2012]

轉載自 奈米科學網

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