新動力電池一步完成發電與儲能
- 上線日期：2012/9/24 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
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。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/50665
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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