電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
咦,這有哪些？猶如凍住的煙。
這不是煙，而是一種固體，確切的說是世界上最輕的固體——氣凝膠。
氣凝膠有哪些？首先我們來認識下“凝膠”。
一定濃度的高分子溶液或溶膠，在適當條件下，粘度逐漸增大，最后失去流動性，整個體系變成一種外觀平均，并保持一定形態的彈性半固體，這種彈性半固體稱為凝膠。
果凍是最早被科學家們認識的一種凝膠，這種凝膠是被水或者其它液體洋溢后形成的。還有一些凝膠是被氣體洋溢后構成的，這就是“氣凝膠”。
1931年，美國科學家SamuelStephensKistler制備出了這種新材料，命名為“aerogel”，氣凝膠。“aero”+“gel”十分形象地描繪出了這種新材料的特點，即一種由氣體填充的凝膠。
氣凝膠相比于一般多孔材料有一個緊要的特點：其骨架在納米尺度。因此，當可見光穿過時散射較小，看上去像“凍住的煙”。
氣凝膠密度極低，是世界上最輕的固體。目前，最輕的氣凝膠是一種“全碳氣凝膠”，密度僅有0.16mg/cm3（去除空氣密度），僅為空氣密度的1/6。把這種材料放在花朵上，柔軟的花蕊幾乎沒有變形。
氣凝膠的制備過程分為兩步：1.制備濕凝膠；2.將濕凝膠通過特殊手法干燥。濕凝膠最傳統的制備辦法是溶膠-凝膠法。將含高化學活性組分的化合物分散在溶劑中，經過水解反應生成活性單體，活性單體聚合，形成溶膠，進而生成具有一定空間結構的凝膠。此時制作出來的凝膠有點類似于我們平時吃的果凍，緊接著將果凍狀凝膠進一步進行干燥解決即可得到氣凝膠。由于表面張力的作用，通常狀態下，凝膠內液體的揮發會使得凝膠脆弱的骨架坍塌。而通過冷凍干燥技術進行干燥可以很好的處理這一問題。將濕凝膠在低溫冷凍，接著置于真空條件下干燥。由于冷凍過程已經使得凝膠內的液體轉變為固體，之后在真空環境中以升華的形式脫離凝膠骨架，這樣就可以避免了液體揮發造成骨架坍塌的問題，得到我們所期望的氣凝膠。
“氣凝膠有哪些用途？”相信每個人都會有這樣的疑問。回答也會是各式各樣，“它有著極低的熱導率，可以作為超級隔熱材料”“它可以用作電極”……
總的來講，氣凝膠的性能主要由兩部分貢獻：一部分是結構，簡單地說就是由多孔性質衍生出的性能，比如優良的隔熱性能。用火焰隔著氣凝膠對一朵花進行加熱，花朵幾乎沒有任何損傷。此外，某些氣凝膠還表現出優異的吸附性能，如“碳海綿”。
另一部分的性能來源于構成氣凝膠骨架的成分處于納米尺度。納米尺度粒子本身具有的某些性能，以氣凝膠的形式存在時，往往會得到加強。比如鋰離子電池的電極材料——二氧化錳(MnO2)，當它以氣凝膠的形式存在時，鋰離子電池的放電性能得到了大幅度提高。
作為一種誕生于20世紀初的材料，氣凝膠本不屬于最近發現的“新材料”，然而其各方面的優良特性使其受到廣泛關注，這種材料的使用還需要去不斷研究、探索。
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