探析纳米技术在新能源电池中的应用

李鹏宇

摘 要 基于对纳米技术在新能源电池中应用的研究，本文首先从纳米技术的概念入手，然后与其中内容相结合，对纳米技术在新能源电池中应用的主要方向进行分析。文章主要围绕纳米技术可用于电池充放电速度与电阻问题改善、提高电池使用的安全性、提高电动汽车电池组质量、提升能源的利用效率以及新型电池的整体优化这五个方面展开探讨，希望能够为有关人士提供帮助。

关键词 纳米技术;新能源电池;研究应用

引言

随着科学技术的飞速发展，纳米技术也逐渐被应用于各个领域的创新研究中，而新能源电池作为近几年国家与社会各界广泛关注的焦点，与纳米材料结合后的优异性能，也逐渐成为专家学者研究的重点方向。尤其是现如今我国能源越来越紧缺，新能源与应用途径的研究也愈发紧迫，如果能实现纳米技术与新能源电池的融合，不仅能使当今社会资源紧张的情况得到缓解，对于我国可持续发展来讲，也是巨大的推动力量。

1纳米技术的概念

纳米技术出现于20世纪中后期，简单来讲就是在纳米尺寸（10-10～10-7）之内改造自然，通过将原子与分子直接重新安排，来实现物质创新的技术，而纳米科技的主要研究对象，则为尺寸处于0.1～100nm间的物质，重点观察体系构成的运动规律与相互作用，并将其应用于实际问题的处理中，为很多领域的研究都带来了重大突破。

纳米体系物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米材料学、纳米电子学、纳米加工学以及纳米力学，都属于纳米科技的范畴，作为人类以往从未涉及过的领域，纳米技术是非宏观、非微观的。这是人类对世界更深层次的认识，也是人们自然改造能力进步的里程碑，在向分子与原子直接还原的基础上，推动人类科技进入新的时代，即为纳米科技时代。围绕纳米技术展开的科技革命，必然会成为21世纪的主导[1]。

2纳米技术在新能源电池中应用的主要方向

2.1 用于电池充放电速度与电阻问题改善

Store Dot公司研发的使用有机材料制成的电池，即为融入了新型纳米技术，与传统的锂电池相比较来讲，其充放电速度的提高非常显著。此公司还称这种电池能有效缓解传统锂电池中的电阻问题，通过对分子等级纳米技术的有效运用，电阻中的电机几乎为零。这种电池在2016年由Store Dot公司推出，实验证明，将一部手机从0电量到充满只需要30s时间。

具体来讲，这种新型充电基础是以“纳米点”的分子为基础研发的，在将多肽向储能纳米管转化之后，每次都能储存与放出极大的电量，使手机在短短几分钟之内将点充满，而对于此技术在电动车中的应用来讲，7000个纳米点即能满足正常电动车所需的全部动力，使电池使用更加便利[2]。

2.2 用于提高电池使用的安全性

斯坦福大学曾研究出基于纳米技术锂离子电池，其相比较传统电池来讲具备防爆功能，此类电池可在反复加热与冷却循环中，进行相应次数的关闭与重启，且并不会影响到性能。在实验的过程中，研究人员曾将一层石墨烯，覆盖在带有纳米级凸起的镍颗粒上，再将这些颗粒向弹性足够的聚乙烯薄膜中嵌入。如果电池温度被加热到70℃以上，则聚乙烯薄膜会骤然膨胀，在镍颗粒互相分离的情况下，电池就会停止工作;但如果电池温度处于70℃之下，则聚乙烯薄膜就会收缩到原本的状态，镍颗粒也重新互相接触，电池仍会继续产生电流。实验过程中将温度调高或降低都是可以的，但需以镍颗粒的嵌入量为根据来决定，聚合物材料类型的選择也应考虑在内。

2.3 用于提高电动汽车电池组质量

加州大学洛杉矶分校中，有研究人员尝试在镁和锌合金溶液融入碳化硅纳米颗粒，并且取得了成功，金属纳米复合材料就此产生，这种材料质量轻但坚固，且延展性也很强，在高温条件下状态稳定，将其应用于新能源电池研发，能在极大程度上提高电池性能。且将纳米颗粒向金属溶液中注入之后，纳米颗粒会出现凝聚现象。近几年此方面的突破，主要集中在碳化硅纳米颗粒在金属镁中的完美融合，通过对高压扭转压缩金属的应用，更是使其坚固性进一步提升，而站在质量比的角度上来看，此种复合材料中碳化硅的占比为14%，剩余的均为镁，这对于电动汽车电池组质量提高来讲是非常有帮助的[3]。

2.4 用于提升能源的利用效率

美国俄勒冈州大学曾研究出由各类原子制成的“纳米环”，同时因为这种纳米结构是环形的，所以在太阳电池或传感器能源利用效率优化方面的作用也十分明显，此类纳米环实际上也就是联苯纳米环化学分子，在经过设计、加工之后，所制成的材料能更好地吸收与发射能量。1nm的纳米环即可形成新型结构，尺寸通常情况下小于长链聚合物，但要大于小型低量分子，所以能在能量或光学组件中得到应用;纳米环能量也处于价电带和导电带间，对于有机半导体的设计来讲非常关键。

2.5 应用于新型电池的整体优化

德国慕尼黑工业大学和慕尼黑大学，也有关于纳米技术在新能源电池中应用的研究成果，在所使用锗材料为纳米结构的情况下，所制造的多孔半导体层轻薄且坚固，另外，研究人员还在锗材料孔隙中，发现能实现有机聚合物的适量整合，如此不仅能使空间得到有效节省，新能源电池的效能也会整体提升。这种原材料的孔壁上，附有无机半导体锗，非常有利于电荷的产生与储存，与此同时，因为蜂窝状的孔壁比较薄，所以电荷在流动时也能选择更短的线路，而为弥补其易碎的性质，研究团队则想将硬质锗材料向软性多孔层转化，现已研究出一种合成方法，所需结构能精准且重复的制造。

3结束语

综上所述，在世界人民能源节约、环境保护意识逐渐提升的大背景下，新能源电池研发受到的重视程度也越来越高，这不仅是改善能源紧缺问题的基础，也是新能源发展的必然趋势，因此，如何在新能源电池中应用纳米技术，也值得展开进一步的深入研究。

参考文献

[1] 韩佳均.纳米技术在新能源电池中的应用[J].数码世界，2018（5）：34.

[2] 刘春娜.纳米技术在新能源电池中的应用[J].电源技术，2016，40（2）： 239-240.

[3] 张愿成，庞宏杰，郭群超，等.纳米技术在晶体硅太阳能电池中的应用[J].新材料产业，2011（12）：49-52.