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設(shè)備與工具
眾所周知，電池是無人機(jī)等無人系統(tǒng)的短板，對(duì)更好電池的追求意味著對(duì)替代材料的探索，科學(xué)家認(rèn)為硅具有很大的前景。克萊姆森大學(xué)（Clemson University）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)提出了一種新設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)克服了將這種材料并入鋰離子電池中的一些問題，能夠制造出一種輕質(zhì)而高容量的電池，可用于各種航空航天設(shè)備。
長期以來，科學(xué)家一直在努力研究鋰離子電池中硅的潛力。用這種材料來代替目前使用的石墨作為陽極組分可以使這些設(shè)備的存儲(chǔ)容量提高多達(dá)10倍，但是首先需要解決一些問題。
在這些情況下，硅不具有與石墨相同的耐久性，隨著電池的充電和放電，硅容易膨脹、收縮和分解成小塊。這導(dǎo)致陽極的劣化和電池的故障，但是多年來，我們已經(jīng)看到了許多潛在的解決方案，包括在將硅集成到設(shè)備中之前，先將硅制成海綿狀納米纖維或微小的納米球。
克萊姆森大學(xué)（Clemson University）的一項(xiàng)新研究希望借助稱為Buckypaper的碳納米管片來增強(qiáng)硅的可靠性，我們還發(fā)現(xiàn)這種碳納米管已用于開發(fā)下一代飛機(jī)隔熱罩。這些薄片與微小的納米級(jí)硅顆粒配對(duì)，該團(tuán)隊(duì)稱這種布置很像一副紙牌，硅顆粒夾在每一層之間。
該研究的第一作者Shailendra Chiluwal說：“獨(dú)立的碳納米管片使硅納米粒子彼此電連接?！?nbsp;“這些納米管形成了準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)，即使經(jīng)過500次循環(huán)，也將硅納米粒子保持在一起，并減輕了由于納米粒子破裂而產(chǎn)生的電阻。”
該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，即使電池的充電和放電導(dǎo)致硅顆粒破裂，它們?nèi)詴?huì)鎖定在三明治結(jié)構(gòu)內(nèi)并能夠執(zhí)行其功能。從理論上講，這意味著該功能正常但實(shí)驗(yàn)性的電池具有更高的容量，這意味著能量可以存儲(chǔ)在更輕的電池中，從而降低了設(shè)備的整體重量。
作為一項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，納米管的使用創(chuàng)造了一種緩沖機(jī)制，該機(jī)制使電池能夠以當(dāng)前迭代速度的四倍進(jìn)行充電。這些輕量，快速充電的高容量電池可用于多種用途，包括電動(dòng)汽車，但太空是該團(tuán)隊(duì)真正發(fā)揮潛力的領(lǐng)域，該項(xiàng)目的部分資金來自NASA。
研究作者Ramakrishna Podila說：“大多數(shù)衛(wèi)星主要從太陽獲取能量?！?nbsp;“但是，當(dāng)衛(wèi)星處于地球的陰影中時(shí)，它們必須能夠存儲(chǔ)能量。我們必須使電池盡可能輕，因?yàn)樾l(wèi)星的重量越重，其任務(wù)成本就越高。”
研究人員說，其他可能性包括太空服和火星探測(cè)器的動(dòng)力系統(tǒng)。他們現(xiàn)在正在與行業(yè)合作伙伴合作，以期將這項(xiàng)技術(shù)帶出實(shí)驗(yàn)室并進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界。
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