虽然人人都知道要好好爱护手机,但总会有手滑或是一怒之下摔手机的时候,严重可能就会导致手机内伤、引发锂电池衰退或爆炸,对此,美国科学家已带来搭载导电多孔纤维的有机塑胶层,有望开发出怎么敲、怎么撞都不会衰退的储能设备。
笔记型电脑、手机、平板等皆是精密电子产品,多次摔到后容易造成设备故障,美国圣路易斯华盛顿大学艺术与科学化学助理教授 Julio D’Arcy 表示,储能设备有时会在冲击下故障或起火,且未来的设备会更加精密与灵活,也多是携带式电子仪器,不耐冲击的状况会愈来愈高。
有鉴于此,圣路易斯华盛顿大学团队致力高储能系统的防御力,最近则透过控制溶液中铁氧化物(rust)生成,打造出全新、灵活可挠的导电薄膜。其中该薄膜厚度相当薄、仅以微米为单位,是种搭载高电导多孔纤维的有机塑胶层,若以外馅三明治来譬喻的话,高电导多孔纤维就是上方的美味馅料,下方柔韧的有机塑胶层则是吐司。
根据团队先前的实验,他们已透过沉积铁锈法,成功找到控制锈蚀的方法。D’Arcy 曾表示,锈蚀会让结构变得更加不稳定与脆弱,进而降低设备的性能,但团队已找出控制形成氧化铁的方法,让它们可以发挥正面效用,同时也已打造出暨坚硬又高电导的聚合物奈米花(nanoflower)结构。
▲ 图为奈米花模拟图,蓝色部分是导电聚合物 PEDOT,红色则是氧化铁。(Source:圣路易斯华盛顿大学)
而在此次实验中, D’Arcy 指出,团队首先设计出奈米结构的取向(orientation),之后将聚合物薄膜跟铁氧化物平行组合,最后就打造出类似于纺织品般交织的聚合物奈米纤维,这类结构非常灵活,可用在能量转换与储能设备中。
实验结果也符合团队的期待,新材料能够经得起科学家任何折磨,不管是折成各种角度、反复敲打,甚至是以每小时 48 公里的速度撞击,材料仍完好,相较之下其他金属或是碳材料可能就无法撑过这些实验了。研究也指出,拿槌子敲一下后,新型电容仍可以维持 80% 且循环 11,000 次,锤了 40 下之后虽然降到 74%,但成绩依然相当不错。
假如该实验有成,未来我们或许再也不用担心摔坏手机电池了。
- Takes a licking and keeps on storing
- Making rusty polymers for energy storage
(首图来源:圣路易斯华盛顿大学)