探析納米技術(shù)在新能源電池中的應(yīng)用

李鵬宇

摘 要 基于對納米技術(shù)在新能源電池中應(yīng)用的研究，本文首先從納米技術(shù)的概念入手，然后與其中內(nèi)容相結(jié)合，對納米技術(shù)在新能源電池中應(yīng)用的主要方向進行分析。文章主要圍繞納米技術(shù)可用于電池充放電速度與電阻問題改善、提高電池使用的安全性、提高電動汽車電池組質(zhì)量、提升能源的利用效率以及新型電池的整體優(yōu)化這五個方面展開探討，希望能夠為有關(guān)人士提供幫助。

關(guān)鍵詞 納米技術(shù);新能源電池;研究應(yīng)用

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，納米技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于各個領(lǐng)域的創(chuàng)新研究中，而新能源電池作為近幾年國家與社會各界廣泛關(guān)注的焦點，與納米材料結(jié)合后的優(yōu)異性能，也逐漸成為專家學(xué)者研究的重點方向。尤其是現(xiàn)如今我國能源越來越緊缺，新能源與應(yīng)用途徑的研究也愈發(fā)緊迫，如果能實現(xiàn)納米技術(shù)與新能源電池的融合，不僅能使當(dāng)今社會資源緊張的情況得到緩解，對于我國可持續(xù)發(fā)展來講，也是巨大的推動力量。

1納米技術(shù)的概念

納米技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)中后期，簡單來講就是在納米尺寸（10-10～10-7）之內(nèi)改造自然，通過將原子與分子直接重新安排，來實現(xiàn)物質(zhì)創(chuàng)新的技術(shù)，而納米科技的主要研究對象，則為尺寸處于0.1～100nm間的物質(zhì)，重點觀察體系構(gòu)成的運動規(guī)律與相互作用，并將其應(yīng)用于實際問題的處理中，為很多領(lǐng)域的研究都帶來了重大突破。

納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米生物學(xué)、納米材料學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)以及納米力學(xué)，都屬于納米科技的范疇，作為人類以往從未涉及過的領(lǐng)域，納米技術(shù)是非宏觀、非微觀的。這是人類對世界更深層次的認(rèn)識，也是人們自然改造能力進步的里程碑，在向分子與原子直接還原的基礎(chǔ)上，推動人類科技進入新的時代，即為納米科技時代。圍繞納米技術(shù)展開的科技革命，必然會成為21世紀(jì)的主導(dǎo)[1]。

2納米技術(shù)在新能源電池中應(yīng)用的主要方向

2.1 用于電池充放電速度與電阻問題改善

Store Dot公司研發(fā)的使用有機材料制成的電池，即為融入了新型納米技術(shù)，與傳統(tǒng)的鋰電池相比較來講，其充放電速度的提高非常顯著。此公司還稱這種電池能有效緩解傳統(tǒng)鋰電池中的電阻問題，通過對分子等級納米技術(shù)的有效運用，電阻中的電機幾乎為零。這種電池在2016年由Store Dot公司推出，實驗證明，將一部手機從0電量到充滿只需要30s時間。

具體來講，這種新型充電基礎(chǔ)是以“納米點”的分子為基礎(chǔ)研發(fā)的，在將多肽向儲能納米管轉(zhuǎn)化之后，每次都能儲存與放出極大的電量，使手機在短短幾分鐘之內(nèi)將點充滿，而對于此技術(shù)在電動車中的應(yīng)用來講，7000個納米點即能滿足正常電動車所需的全部動力，使電池使用更加便利[2]。

2.2 用于提高電池使用的安全性

斯坦福大學(xué)曾研究出基于納米技術(shù)鋰離子電池，其相比較傳統(tǒng)電池來講具備防爆功能，此類電池可在反復(fù)加熱與冷卻循環(huán)中，進行相應(yīng)次數(shù)的關(guān)閉與重啟，且并不會影響到性能。在實驗的過程中，研究人員曾將一層石墨烯，覆蓋在帶有納米級凸起的鎳顆粒上，再將這些顆粒向彈性足夠的聚乙烯薄膜中嵌入。如果電池溫度被加熱到70℃以上，則聚乙烯薄膜會驟然膨脹，在鎳顆粒互相分離的情況下，電池就會停止工作;但如果電池溫度處于70℃之下，則聚乙烯薄膜就會收縮到原本的狀態(tài)，鎳顆粒也重新互相接觸，電池仍會繼續(xù)產(chǎn)生電流。實驗過程中將溫度調(diào)高或降低都是可以的，但需以鎳顆粒的嵌入量為根據(jù)來決定，聚合物材料類型的選擇也應(yīng)考慮在內(nèi)。

2.3 用于提高電動汽車電池組質(zhì)量

加州大學(xué)洛杉磯分校中，有研究人員嘗試在鎂和鋅合金溶液融入碳化硅納米顆粒，并且取得了成功，金屬納米復(fù)合材料就此產(chǎn)生，這種材料質(zhì)量輕但堅固，且延展性也很強，在高溫條件下狀態(tài)穩(wěn)定，將其應(yīng)用于新能源電池研發(fā)，能在極大程度上提高電池性能。且將納米顆粒向金屬溶液中注入之后，納米顆粒會出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象。近幾年此方面的突破，主要集中在碳化硅納米顆粒在金屬鎂中的完美融合，通過對高壓扭轉(zhuǎn)壓縮金屬的應(yīng)用，更是使其堅固性進一步提升，而站在質(zhì)量比的角度上來看，此種復(fù)合材料中碳化硅的占比為14%，剩余的均為鎂，這對于電動汽車電池組質(zhì)量提高來講是非常有幫助的[3]。

2.4 用于提升能源的利用效率

美國俄勒岡州大學(xué)曾研究出由各類原子制成的“納米環(huán)”，同時因為這種納米結(jié)構(gòu)是環(huán)形的，所以在太陽電池或傳感器能源利用效率優(yōu)化方面的作用也十分明顯，此類納米環(huán)實際上也就是聯(lián)苯納米環(huán)化學(xué)分子，在經(jīng)過設(shè)計、加工之后，所制成的材料能更好地吸收與發(fā)射能量。1nm的納米環(huán)即可形成新型結(jié)構(gòu)，尺寸通常情況下小于長鏈聚合物，但要大于小型低量分子，所以能在能量或光學(xué)組件中得到應(yīng)用;納米環(huán)能量也處于價電帶和導(dǎo)電帶間，對于有機半導(dǎo)體的設(shè)計來講非常關(guān)鍵。

2.5 應(yīng)用于新型電池的整體優(yōu)化

德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)和慕尼黑大學(xué)，也有關(guān)于納米技術(shù)在新能源電池中應(yīng)用的研究成果，在所使用鍺材料為納米結(jié)構(gòu)的情況下，所制造的多孔半導(dǎo)體層輕薄且堅固，另外，研究人員還在鍺材料孔隙中，發(fā)現(xiàn)能實現(xiàn)有機聚合物的適量整合，如此不僅能使空間得到有效節(jié)省，新能源電池的效能也會整體提升。這種原材料的孔壁上，附有無機半導(dǎo)體鍺，非常有利于電荷的產(chǎn)生與儲存，與此同時，因為蜂窩狀的孔壁比較薄，所以電荷在流動時也能選擇更短的線路，而為彌補其易碎的性質(zhì)，研究團隊則想將硬質(zhì)鍺材料向軟性多孔層轉(zhuǎn)化，現(xiàn)已研究出一種合成方法，所需結(jié)構(gòu)能精準(zhǔn)且重復(fù)的制造。

3結(jié)束語

綜上所述，在世界人民能源節(jié)約、環(huán)境保護意識逐漸提升的大背景下，新能源電池研發(fā)受到的重視程度也越來越高，這不僅是改善能源緊缺問題的基礎(chǔ)，也是新能源發(fā)展的必然趨勢，因此，如何在新能源電池中應(yīng)用納米技術(shù)，也值得展開進一步的深入研究。

參考文獻

[1] 韓佳均.納米技術(shù)在新能源電池中的應(yīng)用[J].數(shù)碼世界，2018（5）：34.

[2] 劉春娜.納米技術(shù)在新能源電池中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)，2016，40（2）： 239-240.

[3] 張愿成，龐宏杰，郭群超，等.納米技術(shù)在晶體硅太陽能電池中的應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2011（12）：49-52.