美国一17岁男孩设计了一种可能改变电动汽车行业的电动机

美国一17岁男孩设计了一种可能改变电动汽车行业的电动机据史密森学会杂志报道，RobertSansone是一位天生的工程师。从电子手到高速跑鞋，以及时速超过70英里的卡丁车，这位来自佛罗里达州皮尔斯堡的发明家估计他在业余时间至少完成了60个工程项目。而他只有17岁。几年前，Sansone看到一个关于电动汽车的优点和缺点的视频。该视频解释说，大多数电动汽车电动机需要由稀土元素制成的磁铁，而这些元素的提取在经济上和环境上都是昂贵的。所需的稀土材料每公斤可达数百美元。相比之下，铜的价值是每公斤7.83美元。“我对电动机有着天然的兴趣，”Sansone说，他曾在不同的机器人项目中使用过这些电动机。“有了这个可持续性问题，我想解决它，并尝试设计一个不同的电动机。”这位高中生听说过一种电动机--同步磁阻电动机，它不使用这些稀土材料。这种电动机目前用于泵和风扇，但它本身的功率还不足以用于电动汽车。因此，Sansone开始集思广益，想办法提高其性能。在一年的时间里，Sansone创造了一个新型同步磁阻电动机的原型，它比现有的电动机具有更大的旋转力或扭矩和效率。该原型由3D打印的塑料、铜线和一个钢制转子制成，并使用各种仪表测量功率和激光转速计确定电动机的旋转速度。他的工作为他赢得了今年Regeneron国际科学与工程博览会（ISEF）的一等奖，以及75000美元的奖金，这是最大的国际高中STEM竞赛。密歇根大学电气和计算机工程教授HeathHofmann解释说，可持续性较差的永磁电动机使用钕、钐和镝等材料，这些材料的需求量很大，因为它们被用于许多不同的产品，包括耳机和耳塞。Hofmann在电动汽车方面做了大量的工作，包括为特斯拉提供咨询，为其推进器开发控制算法。“使用磁铁的应用数量似乎越来越多，”他说。Hofmann补充说，特斯拉最近开始在其电动机中使用永磁电动机。电动机使用旋转的电磁场来旋转转子。电动机外部固定部分的电线线圈，称为定子，产生这些电磁场。在永磁电动机中，附着在旋转的转子边缘的磁铁产生一个磁场，被吸引到旋转磁场上的相反极。这种吸引力使转子旋转。同步磁阻电动机不使用磁铁。相反，一个有空气间隙的钢制转子与旋转的磁场保持一致。磁阻，或一种材料的磁性，是这个过程的关键。当转子随着旋转的磁场旋转时，就会产生扭矩。当突出比率，或材料（在这种情况下，钢和非磁性气隙）之间的磁性差异较大时，会产生更多的扭矩。Sansone认为，他可以将另一个磁场纳入电动机，而不是使用气隙。这将增加这个突出比率，反过来，产生更多的扭矩。他的设计还有其他组件，但他不能透露更多细节，因为他希望将来能为这项技术申请专利。“一旦我有了这个最初的想法，那么我就必须做一些原型设计，以尝试并看看这个设计是否真的能发挥作用，”Sansone说。“我没有大量的资源来制造非常先进的电机，因此我不得不使用3D打印机制造一个较小的版本--比例模型。”在他能够测试他的设计之前，他完成了数个原型。他说：“我没有一...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1304611.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1304611.htm

钠电池研发突破：全新电极兼具高性能和低成本 或可与锂电相媲美

钠电池研发突破：全新电极兼具高性能和低成本或可与锂电相媲美有鉴于锂的高成本及稀缺性，科学界一直在加紧寻找可与之相媲美的替代元素。钠元素全球储量丰富且成本低廉，因此成为了当前主流锂离子的替代“候选人”之一。不过，尽管钠离子电池在原材料成本和安全性方面具有优势，但若要取代无处不在的锂电，仍还有改进的空间。在最新的一项研究中，日本科学家们就希望能够开发出一种比锂电池制造成本更低，电池储能量和释放效率更高的钠离子电池。通过不懈的努力，研究人员终于解决了上述障碍。该团队开发了一种方法，以制备微架构、高性能负极。他们利用3D立体光刻术来打印由树脂制成的微晶格结构。然后通过一种称为“热解”的过程，使这种微晶格碳化并缩小。据称，由此产生的硬碳电极可以快速传输能产生能量的离子。此外，随着研究团队将晶格结构细化，其性能也有所提高。这项研究成果已于近期发表在了《微小》（Small）杂志上。日本东北大学材料科学家AkiraKudo表示，“随着3D打印机的分辨率不断提高，钠离子电池的性能最终可能超过锂离子电池。”下一步，该团队将致力于使用相同的方法来制造正极，并最终利用这些精心设计的电极，制造高性能、高性价比的钠离子电池。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1304589.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1304589.htm

科学家3D打印出首个兼具超强强度和延展性的高性能纳米结构合金

科学家3D打印出首个兼具超强强度和延展性的高性能纳米结构合金据NewAtlas报道，随着新的制造技术的出现，全新的金属合金有了更多的可能特性。一个研究小组现在已经开发出一种新的可3D打印的合金，其特定的纳米结构使其具有超强的强度和延展性。大多数常见的合金，如不锈钢或青铜，是由一种主要金属与少量其他元素混合而成。但是，一种被称为高熵合金（HEAs）的新兴材料涉及将五种不同的元素以大致相等的比例混合在一起。由此产生的合金最终具有耐人寻味和有用的特性，如高强度重量比和随温度上升的硬度。这项新的研究集中于含有铝、钴、铬、铁和镍的等量的HEA。这种特殊的混合物已经实验了几年，但该团队使用一种尚未应用于它的技术--激光粉末床融合技术来制造它。基本上，原始金属的粉末形式被铺设在一个表面上，然后用高功率的激光进行喷射，使它们迅速熔化并重新凝固。这种技术是3D打印的一种形式，使最终的合金具有与其他制造方法非常不同的微观结构。该团队将其描述为看起来像一张网，有不同的立方体结晶结构的交替层。这使得HEA的屈服强度约为1.3GPa，比使用传统铸造方法制造时几乎强三倍。同时，它也更具延展性，与常见的权衡方法相反。这项研究的首席研究员陈文说：“这种不寻常的微观结构的原子重排产生了超高的强度和增强的延展性，这是不常见的，因为通常强大的材料往往是脆性的。对于许多应用来说，强度和延展性的结合是关键。我们的发现对材料科学和工程来说都是原创的，令人振奋。”这种强度和延展性的特殊组合可以使这种合金在航空航天、能源、运输或其他工程领域的部件中发挥作用。该研究发表在《自然》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302879.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302879.htm

新型电池技术终将改善电动汽车在极端天气下的性能

新型电池技术终将改善电动汽车在极端天气下的性能改善寒冷天气下充电时间的一种方法是改进电解质，使其同时具有高离子电导率、低溶解能和低熔点，并形成阴离子衍生的无机相。中国浙江大学教授范秀林领导的研究团队刚刚在《自然》杂志上发表了一篇论文，详细介绍了如何做到这一点，此举可能会产生深远影响，使电动汽车在极端天气下更加实用。研究人员认为，改善电解质质量的最佳方法之一是使用溶解能低的小型溶剂，这种溶剂可以改变锂离子在电解质中的移动方式，从而提高电导率并加快充电速度。为此，研究人员使用了一种名为氟乙腈（FAN）的溶剂，他们认为这种溶剂能使锂离子电池同时实现高能量密度、快速充电和宽工作温度范围。值得注意的是，这并不是研究人员第一次尝试解决金属离子电池在极端天气下的问题。几年前，加利福尼亚大学圣迭戈分校的材料科学家兼工程师ZhengChen和他的同事发表了一篇论文，介绍了一种新型电解质，他们声称这种电解质在极端天气下（从零下40华氏度（摄氏零下40度）到122华氏度（摄氏50度））比目前的解决方案效果更好。近年来，电动汽车越来越受欢迎，但由于种种原因，绝大多数购车者仍然选择传统的内燃机汽车（ICE）。大多数传统车主认为，充电时间过长是他们决定不购买电动汽车的主要原因，但关于汽车在恶劣天气下发生故障的恐怖故事也不利于向电动汽车过渡。尽管上述有关新型电解质的研究对整个电动汽车行业来说是一个巨大的利好消息，但特斯拉和Rivian等公司都希望这些新型电解质能够在不久的将来实用到实际的电动汽车电池中。如果实现了这一目标，必将提高电池的耐久性，降低极端天气下的充电速度，使电动汽车在寒冷条件下比以往任何时候都更加实用。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422012.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422012.htm

科学家发现新型锂离子导体 可用于强化电动汽车电池

科学家发现新型锂离子导体可用于强化电动汽车电池利物浦大学的一个团队开发出了一种新型固态锂离子导体，可以取代电池中的液态电解质，从而提高安全性和效率。图片表示锂离子（蓝色）在结构上移动。资料来源：利物浦大学这种新材料由无毒的地球富集元素组成，具有足够高的锂离子传导性，可以取代目前锂离子电池技术中的液态电解质，提高安全性和能量容量。该大学的跨学科研究团队采用变革性科学方法来设计这种材料，他们在实验室中合成了这种材料，确定了它的结构（原子在空间中的排列），并在电池中进行了演示。这种新材料是极少数能达到足以取代液态电解质的高锂离子电导率的固体材料之一，并且由于其结构而能以一种新的方式工作。这一发现是通过合作计算和实验工作流程实现的，该流程利用人工智能和基于物理学的计算来支持大学化学专家的决策。这种新材料为化学优化提供了一个平台，以进一步提高材料本身的性能，并根据研究提供的新认识来确定其他材料。利物浦大学化学系马特-罗森斯基（MattRosseinsky）教授说："这项研究展示了一种新型功能材料的设计和发现。这种材料的结构改变了人们以往对高性能固态电解质的理解。具体来说，具有多种不同移动离子环境的固体可以表现出很好的性能，而不仅仅是离子环境范围很窄的少数固体。这极大地开拓了进一步发现的化学空间。"最近的报道和媒体报道预示着人工智能工具已被用于寻找潜在的新材料。在这种情况下，人工智能工具是独立工作的，因此很可能会以各种方式重现它们接受过的训练，生成的材料可能与已知材料非常相似。"这篇发现研究论文表明，人工智能和由专家调配的计算机可以解决现实世界材料发现的复杂问题，在这个问题上，我们寻求的是成分和结构上有意义的差异，其对性能的影响要根据理解来评估，我们的颠覆性设计方法为发现这些以及其他依赖离子在固体中快速运动的高性能材料提供了一条新的途径"。这项研究由利物浦大学化学系、材料创新工厂、利弗胡尔姆功能材料设计研究中心、史蒂芬森可再生能源研究所、阿尔伯特-克鲁中心和工程学院的研究人员共同努力完成。并得到了工程与物理科学研究理事会（EPSRC）、勒弗胡尔姆信托基金会（LeverhulmeTrust）和法拉第研究所（FaradayInstitution）的资助。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420615.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420615.htm

创新型新型粘合剂使性能翻倍 有望大大提升电动汽车电池的耐用性

创新型新型粘合剂使性能翻倍有望大大提升电动汽车电池的耐用性研究人员用聚（乙烯基膦酸）（PVPA）为锂离子电池中基于微氧化硅（SiO）的电极设计了一种高性能粘合剂，与传统方法相比，这种粘合剂提高了电化学性能和耐用性。资料来源：JAISTNoriyoshiMatsumi日本先进科学技术研究所（JAIST）的NoriyoshiMatsumi（松见纪佳）教授、博士生NoriyukiTakamori、前高级讲师RajashekarBadam、TejkiranPindiJayakumar博士（前学生）以及丸善石化有限公司的研究人员最近在2024年2月8日的《ACS应用能源材料》（ACSAppliedEnergyMaterials）杂志上发表了一项研究、他们利用聚（乙烯基膦酸）（PVPA）作为微型氧化硅电极的粘合剂，实现了比传统电池更优越的性能。PVPA的卓越性能据松见教授说："PVPA粘合剂在延长高性能锂离子二次电池的寿命方面应该非常有用。特别是在电动汽车的应用中，人们对实现锂离子二次电池的长寿命有着浓厚的兴趣。PVPA的使用将为聚丙烯酸（PAA）和聚偏氟乙烯（PVDF）等市售粘合剂提供更好的替代品"。该研究涉及制造含有PVPA、PAA和PVDF作为粘合剂的电极，并通过电化学实验和密度泛函理论对其性能进行了评估。与传统的PAA（2.03N/m）相比，PVPA对铜支持物的附着力（3.44N/m）明显更强，从而显著提高了锂离子电池的耐用性。与PAA电池相比，基于PVPA的电池在200次循环后的放电容量几乎是后者的两倍，基于PVPA的半电池在相同的循环次数后可达到1300mAhg-1SiO。与PVDF或PAA粘合剂不同的是，即使经过200次充放电循环，扫描电子显微镜也没有观察到集流器剥落。此外，PVPA更强的附着力有助于稳定基于氧化硅的阳极，即使在体积显著膨胀的情况下也能防止其剥落。合作与专利此外，丸善石化有限公司（其研究人员也是研究的一部分）已经建立了PVPA的工业生产流程。JAIST与丸善石化有限公司之间的持续合作，以及该公司提供的其他电池生产专业技术，可能会进一步加快该工艺在实际生活中的应用。JAIST和丸善石化有限公司已在国内（日本）和国际上联合申请了该技术的专利。"这种工业上可行的高性能粘合剂将有助于高耐用性和高能量密度电池技术的开发。这将使电动汽车在全球范围内得到更广泛的应用，而无需担心电池性能会在较长时间内下降。未来，这些材料还可应用于火车、轮船、飞机等各种电动汽车。"总之，科学家们利用聚（乙烯基膦酸）为锂离子电池中的氧化硅阳极开发出了一种功能性粘合剂。与传统方法相比，这种低成本粘合剂提高了性能，是电动汽车及其他领域基于微型氧化硅的应用的新进展。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423012.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423012.htm