科学家们开发出了一种用于锂离子电池的超低浓度电解质

科学家们开发出了一种用于锂离子电池的超低浓度电解质 锂离子电池（LIB）为智能手机和平板电脑提供电力，驱动电动汽车，并在发电厂储存电力。大多数锂离子电池的主要成分是锂钴氧化物（LCO）阴极、石墨阳极以及为阴极和阳极的解耦反应提供移动离子的液态电解质。这些电解质决定了电极上形成的相间层的性质，从而影响电池循环性能等特性。然而，商用电解质大多仍基于 30 多年前配制的系统：1.0 至 1.2 摩尔/升六氟磷酸锂（LiPF6）在羧酸酯（"碳酸溶剂"）中的溶液。在过去的十年中，高浓度电解质（> 3 mol/L）得到了发展，它们有利于形成坚固的无机主导相间层，从而提高了电池性能。然而，这些电解质粘度高、润湿能力差、导电性差。由于需要大量的锂盐，这些电解质的价格也非常昂贵，而这往往是影响可行性的一个关键参数。为了降低成本，超低浓度电解质（< 0.3 mol/L）的研究也已开始。这些电解质的缺点是，电池电池分解的溶剂多于少量的盐阴离子，从而导致有机物占主导地位，相间层的稳定性较差。由宁波大学（中国）和波多黎各大学里奥皮德拉斯校区（美国）的袁金良、夏岚和吴先勇领导的研究小组现已开发出一种超低浓度电解质，可能适用于锂离子电池的实际应用：LiDFOB/EC-DMC。LiDFOB（二氟草酸硼酸锂）是一种常见的添加剂，价格比LiPF6 便宜得多。EC-DMC （碳酸乙酯/碳酸二甲酯）是一种商用碳酸酯溶剂。这种电解液的含盐量低至 2 重量百分比（0.16 摩尔/升），但离子电导率却高达 4.6 mS/cm，足以使电池正常工作。此外，DFOB- 阴离子的特性还能在 LCO 和石墨电极上形成以无机物为主的坚固相间层，从而在半电池和全电池中实现出色的循环稳定性。目前使用的LiPF6会在潮湿环境中分解，释放出剧毒和腐蚀性的氟化氢气体（HF），而 LiDFOB 则对水和空气稳定。使用 LiDFOB 的 LIB 不需要严格的干燥室条件，而可以在环境条件下制造，这又是一个节约成本的特点。此外，回收问题也会大大减少，从而提高可持续性。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

MIT开发出了一种无需电池、自供电的传感器

MIT开发出了一种无需电池、自供电的传感器 研究人员制造了一种温度感应装置，它能从电线周围露天产生的磁场中获取能量。人们只需将传感器夹在带电导线（可能是为电机供电的导线）周围，它就会自动收集并储存能量，用来监测电机的温度。"这就是环境电能我不必通过特定的焊接连接就能获得的能量。"电子研究实验室成员、电子工程与计算机科学（EECS）伊曼纽尔-兰兹曼（Emanuel E. Landsman）教授兼机械工程学教授 Steve Leeb 说："这使得这种传感器非常容易安装。"在这篇刊登在《电气和电子工程师学会传感器杂志》1 月刊上的特写文章中，研究人员为能量收集传感器提供了一个设计指南，让工程师能够平衡环境中的可用能量和他们的传感需求。论文为能够在运行过程中持续感知和控制能量流的设备的关键组件绘制了路线图。这种多用途设计框架并不局限于收集磁场能量的传感器，还可应用于使用其他电源（如振动或阳光）的传感器。它可用于为工厂、仓库和商业空间构建安装和维护成本更低的传感器网络。"我们提供了一个无电池传感器的范例，它能做一些有用的事情，并证明这是一个切实可行的解决方案。希望其他人也能利用我们的框架来设计他们自己的传感器。"与 Monagle 和 Leeb 一起参与论文撰写的还有电子工程与科学研究生 Eric Ponce。美国海军学院武器与控制工程副教授约翰-多纳尔（John Donnal）没有参与这项工作，他研究的是监控舰船系统的技术。他说，要在舰船上获得电源是很困难的，因为插座很少，而且对可以插入哪些设备有严格限制。唐纳尔补充说："例如，持续测量泵的振动可以为船员提供轴承和支架健康状况的实时信息，但为加装的传感器供电往往需要大量额外的基础设施，以至于不值得投资。像这样的能量收集系统可以在船舶上加装各种诊断传感器，大大降低整体维护成本。"研究人员必须应对三大挑战，才能开发出一种有效、无需电池的能量收集传感器。首先，系统必须能够冷启动，这意味着它可以在没有初始电压的情况下启动电子设备。他们利用集成电路和晶体管网络实现了这一点，使系统能够储存能量，直到达到一定的阈值。只有当系统储存了足够的能量，可以完全运行时，它才会开启。其次，该系统必须在不使用电池的情况下有效地储存和转换所收集的能量。虽然研究人员可以在系统中加入电池，但这会增加系统的复杂性，并可能带来火灾风险。"您甚至可能连派出技术人员更换电池的奢望都没有。相反，我们的系统是免维护的。它可以自行采集能量并运行，"Monagle 补充道。为了避免使用电池，它们采用了内部储能技术，包括一系列电容器。电容器比电池更简单，它将能量储存在导电板之间的电场中。电容器可由各种材料制成，其功能可根据各种工作条件、安全要求和可用空间进行调整。研究小组精心设计了电容器，使其足够大，能够储存设备开启和开始收集电能所需的能量，但又足够小，充电阶段不会花费太长时间。此外，由于传感器可能会在数周甚至数月后才开启进行测量，因此他们要确保电容器能够保持足够的能量，即使有些能量会随着时间的推移而泄漏。最后，他们开发了一系列控制算法，对设备收集、储存和使用的能量进行动态测量和预算。微控制器是能源管理界面的"大脑"，它不断检查储存了多少能量，并推断是否要打开或关闭传感器、进行测量，或者将收割机调到更高的档位，以便收集更多能量，满足更复杂的传感需求。Monagle 解释说："就像骑自行车时换挡一样，能量管理界面会查看收割机的工作情况，主要是看它是踩得太用力还是太轻，然后它就会改变电子负载，从而最大限度地提高收割功率，并使收割功率与传感器的需求相匹配。自供电传感器利用这一设计框架，研究人员为一个现成的温度传感器构建了一个能量管理电路。该设备采集磁场能量并用于持续采样温度数据，然后通过蓝牙将数据发送到智能手机接口。研究人员使用超低功耗电路来设计该装置，但很快发现，这些电路在崩溃前可承受的电压有严格限制。收集过多的电能可能会导致设备爆炸。为了避免这种情况，他们在微控制器中的能量收集器操作系统会在存储的能量过多时自动调整或减少收集量。他们还发现，通信传输温度传感器收集的数据是迄今为止最耗电的操作。Monagle说："确保传感器有足够的存储能量来传输数据是一项长期的挑战，需要精心设计。"未来，研究人员计划探索能耗较低的数据传输手段，如使用光学或声学。他们还希望更严格地模拟和预测进入系统的能量，或传感器测量所需的能量，以便设备能有效地收集更多数据。"如果你只进行你认为需要的测量，你可能会错过一些真正有价值的东西。如果有更多的信息，你可能会了解到一些你意想不到的设备运行情况。我们的框架可以让您平衡这些考虑因素，"Leeb 说。"这篇论文详细阐述了实用的自供电传感器节点在现实场景中的内部结构。"佛罗里达农工大学-佛罗里达州立大学工程学院电气与计算机工程助理教授 Jinyeong Moon 说："整体设计指南，尤其是冷启动问题，非常有帮助。计划为无线传感器节点设计自供电模块的工程师将从这些指南中获益匪浅，轻松勾选传统上与冷启动相关的繁琐清单。"这项工作得到了海军研究办公室和 Grainger 基金会的部分支持。 ... PC版： 手机版：

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料

科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料 为了寻找一种性能更好的免洗替代品，韩国科学家最近将目光投向了贻贝和蚕。一段时间以来，研究人员一直在研究贻贝用来粘附潮间带岩石的天然粘合剂。这些研究的成果是生产出了这种粘合剂的合成版，可用于在潮湿环境中将物品粘合在一起。蚕也被放在显微镜下观察（无论是形象上还是字面上），因为蚕生产的丝纤维在强度上与蜘蛛丝不相上下，但却更容易生产（无论是天然的还是人工合成的）可用数量的丝纤维。韩国团队研制的新型敷料包含两层纳米纤维，分别由贻贝粘合蛋白（MAP）或一种被称为蚕丝纤维蛋白（SF）的蚕茧蛋白纺制而成。在直接与伤口接触的底层中使用了这两种纤维的组合。该层中的 MAP 纤维可确保良好的组织粘附性，而且还含有一种名为二羟基苯丙氨酸的化学物质，可促进血液凝固。敷料的表层完全由经过酒精处理的 SF 纤维组成，这些纤维有两个作用。首先，它们赋予敷料机械强度。其次，由于它们具有疏水性（拒水性），因此可以防止带有细菌的液体进入伤口下方，从而降低感染的几率。由于 MAP 和 SF 都具有生物相容性和生物降解性，敷料可以在体内无害溶解。在对老鼠进行的实验室测试中发现，使用这种敷料可以大大减少凝血时间和失血量。浦项科技大学（POSTECH）的Hyung Joon Cha教授说："我们已经验证了一种多功能局部粘合止血剂的卓越止血性能，这种止血剂来源于自然界，以人体内可降解的蛋白质为基础。我们将继续开展进一步研究，以评估其在实际病人护理或手术环境中的适用性。"有关这项研究的论文最近发表在《Small》杂志上，梨花女子大学和韩国天主教大学的科学家也参与了这项研究。 ... PC版： 手机版：

不是科幻小说：哈佛科学家们开发出了一种可编程响应的元流体

不是科幻小说：哈佛科学家们开发出了一种可编程响应的元流体 这种元流体可用于各种领域，从用于机器人编程的液压致动器，到可根据撞击强度消散能量的智能减震器，再到可从透明过渡到不透明的光学设备。这项研究发表在《自然》杂志上。SEAS材料科学与机械工程副研究员、论文第一作者Adel Djellouli说："我们对这种新型流体的可能性还只是肤浅的了解。有了这个平台，你可以在许多不同的领域做许多不同的事情。"超流体与固体超材料超材料其特性由结构而非成分决定的人造材料多年来已被广泛应用于各种领域。但是，大多数材料如东南欧科学院应用物理学罗伯特-L-华莱士教授兼电气工程文顿-海斯高级研究员费德里科-卡帕索实验室首创的金属透镜都是固体。元流体下方显示哈佛标志的可调谐光学元件。资料来源：哈佛大学科学与工程学院"与固体超材料不同，超流体具有独特的流动能力，能够适应其容器的形状，"SEAS应用力学威廉和阿米-宽-达诺夫（William and Ami Kuan Danoff）教授、论文资深作者卡蒂娅-贝尔托迪（Katia Bertoldi）说。"我们的目标是创造出一种元流体，它不仅拥有这些非凡的特性，还能为可编程粘度、可压缩性和光学特性提供一个平台。"研究小组利用 SEAS 的马林克罗特物理学和应用物理学教授 David A. Weitz 实验室开发的一种高度可扩展的制造技术，制造出了数十万个这种充满空气的高变形球形胶囊，并将它们悬浮在硅油中。当液体内部的压力增大时，胶囊就会塌陷，形成一个透镜状的半球。当压力消失时，胶囊又会弹回球形。元流体的特性和应用这种转变会改变液体的许多特性，包括粘度和不透明度。这些特性可以通过改变液体中胶囊的数量、厚度和大小来调整。研究人员通过将元流体装入液压机器人抓手，让抓手抓起一个玻璃瓶、一个鸡蛋和一颗蓝莓，展示了液体的可编程性。在由简单空气或水驱动的传统液压系统中，机器人需要某种传感或外部控制才能调整抓取力，在不压碎所有三个物体的情况下将其抓起。但有了元流体，就不需要传感了。液体本身会对不同的压力做出反应，改变其顺应性，从而调整抓手的力度，使其能够抓起沉重的瓶子、精致的鸡蛋和小蓝莓，而且无需额外编程。Djellouli说："我们的研究表明，我们可以利用这种流体为一个简单的机器人赋予智能。"研究小组还展示了一种流体逻辑门，通过改变元流体就能重新编程。光学特性和流体状态当压力发生变化时，元流体的光学特性也会发生变化。当胶囊呈圆形时，它们会散射光线，使液体变得不透明，就像气泡使充气的水呈现白色一样。但当施加压力，胶囊塌陷时，它们就会像微透镜一样聚焦光线，使液体变得透明。这些光学特性可用于一系列应用，例如根据压力改变颜色的电子墨水。研究人员还发现，当胶囊呈球形时，元流体的表现就像牛顿流体，这意味着它的粘度只会随着温度的变化而变化。然而，当胶囊塌陷时，悬浮液就会转变为非牛顿流体，这意味着它的粘度会随着剪切力的变化而变化剪切力越大，流动性越强。这是第一种能在牛顿和非牛顿状态之间转换的元流体。接下来，研究人员将探索元流体的声学和热力学特性。Bertoldi 说："这些可扩展、易生产的元流体应用空间巨大。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：