蓋世汽車訊 竹子內(nèi)部有一種載水膜，使其成為世界上生長最快的植物。據(jù)外媒報(bào)道，昆士蘭理工大學(xué)（Queensland University of Technology）以此為靈感，開發(fā)出更高效的電池電極，從而加快充電速度。該研究項(xiàng)目建立在先前關(guān)于二維納米材料（超薄材料）的工作基礎(chǔ)上，這種材料可以在電池中非常快地傳輸離子。

（圖片來源：昆士蘭理工大學(xué)）

Ziqi Sun實(shí)驗(yàn)室一直在探討，如何充分模仿自然物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能，利用低維納米材料開發(fā)可持續(xù)能源解決方案。

這一突破的靈感來自于對竹莖內(nèi)部多層膜的研究。這種薄膜大約和一張紙一樣厚，可以超快地將水和營養(yǎng)物質(zhì)輸送到竹子上。據(jù)報(bào)道，竹子可以每小時(shí)約40毫米的速度生長。Sun教授表示，這種膜是由多層組成，在最靠近竹莖內(nèi)環(huán)的一側(cè)，這些層非常緊密地排列在一起，而在最靠近中心的一側(cè)則分開得更遠(yuǎn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種多級(jí)夾層結(jié)構(gòu)，使水和電解質(zhì)能以兩種方式穿過竹子。具有有限間距的內(nèi)層結(jié)構(gòu)，使液體和電解質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)“超流體”移動(dòng)，這意味著液體可以非?？斓卮┻^植物。外層各級(jí)之間具有更多的空間，允許液體更快地分散在整個(gè)結(jié)構(gòu)中。

研究人員模仿竹膜的這種層狀結(jié)構(gòu)，利用氧化鈷和石墨烯納米片層制造了一種薄膜，并對片材的一側(cè)施加吸力。通過增加膜厚度產(chǎn)生的壓降來控制生成膜的層間距，以實(shí)現(xiàn)對間距的精確控制。最接近的層被緊緊地拉在一起，其間距離小于5nm，隨著層的增加，吸力減弱，外層之間的距離高達(dá)2200nm。

這種仿生膜呈50mm圓形，只有幾十微米厚，由數(shù)千層組成。在鋰離子電池中測試傳輸離子的能力時(shí)，比起通常用于電池電極的其他材料，這種多級(jí)2D薄膜的表現(xiàn)更加出色。通過精確控制的納米流體夾層，實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)快速擴(kuò)散，并傳輸離子和電荷，進(jìn)而控制材料和器件的性能。

在測試膜體可濕性時(shí)，即液體與固體表面保持接觸的能力，這些仿生膜對有機(jī)電解質(zhì)表現(xiàn)出超潤濕行為。因此，電解質(zhì)可以沒有障礙地從表面接觸和進(jìn)入膜。

這有助于深入了解2D基電極。該電極通過多級(jí)通道設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速表面滲透和層間超快離子傳輸。Sun表示：“這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)高性能能源材料提供了新原則。最重要的是，通過向偉大的大自然學(xué)習(xí)，為未來的材料干預(yù)鋪平了道路。”

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁 >