化學家已破解150年的奧秘,就是什么賦予鉛酸電池獨特性能,使它能產生浪涌電流,這種電池見于大多數汽車的引擎蓋下。
鉛酸電池能夠產生非常大的電流,這是啟動汽車發動機所需要的,這樣的電流源自極高導電性的電池負極材料,就是二氧化鉛。然而,雖然這種類型的電池發明于1859年,但是,到現在為止,二氧化鉛高導電性的根本原因仍然困惑著科學家們。
有一組研究人員,來自英國牛津大學(Oxford University),巴斯大學(University of Bath),都柏林三一學院(Trinity College Dublin)和國際衛星電離層研究中心(ISIS:International Satellites for Ionospheric Studies)中子散裂源( neutron spallation source),他們首次解釋了二氧化鉛高導電性的根本原因。
已經報道過這一研究,發表在最近一期的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。
“鉛酸蓄電池具有獨特性能,產生的浪涌電流超過100安培,可以轉動汽車起動電機,關鍵是因為,事實上,二氧化鉛儲存化學能量,在電池負極具有很高的導電性,從而會產生大量電流,滿足需求,”魯斯?艾格戴爾(Russ Egdell)說,他是牛津大學化學系教授,也是這篇論文的作者。
“然而,二氧化鉛導電性的根源,仍然存在爭議。其他氧化物具有相同的結構,如二氧化鈦,但卻是電絕緣體。”
通過結合計算化學和中子衍射(neutron diffraction),這一小組證明,二氧化鉛本質上是一種絕緣體,具有微小的電子帶隙(band gap),但不可避免地變成電子富集狀態,這是由于晶格缺氧,使這種材料從絕緣體變成金屬導體。
研究人員認為,這些見解可開辟新的途徑,以選擇改進材料,用于現代電池技術。
艾格戴爾教授說:“這項研究表現出活力,他們結合了預測材料建模與最先進的實驗測量。”