一种吸收太赫兹波为电池补充电量的方法和电池

技术领域

本发明涉及一种新型电池技术领域，具体涉及一种吸收太赫兹波为电池补充电量的方法和利用太赫磁波补充电量的电池。

背景技术

近年来，能源问题一直是学者研究的热点，随着我们周围的电子设备越来越多，移动充电技术走进人们的视野，许多机构都开展了其相关研究。2004年美国政府将太赫兹波科技评为“改变未来世界的十大技术”之四，而日本于2005年1月8日更是将太赫兹波技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。太赫兹波(terahertz Waves,THz Waves)又称电磁波，其频率介于微波和红外光之间。这些高频辐射波也被称为T射线，也几乎由任何记录温度的东西产生，包括我们自己的身体和我们周围的无生命物体。如果我们能够将这种能量转换成可用于日常生活的能源，那将有助于解决我们目前面临的能源挑战。但是，迄今为止，太赫兹波是未加以利用而被浪费的能量，因为还没有实际有效的方法来捕获并将其转换为任何可用形式的能源。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种吸收太赫兹波为电池补充电量的方法，通过收集周围空间的太赫兹波产生电流，用于对电池电能进行补给。本发明还涉及利用太赫磁波补充电量的电池。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种吸收太赫兹波为电池补充电量的方法，所述方法是通过将高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料结合在主电池的负极侧或将高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料制作成主电池的负极，该高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料吸收环境中的太赫兹波产生电子的定向移动，充当与该主电池串联的小电池为主电池补给一定电量和延长主电池续航时间。

根据本发明的较佳实施例，高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料的制备方法如下：

S1:按照三聚氰胺和硼酸摩尔比1：1.5-2.5混合均匀后在180-200℃下煅烧8-12h形成氮化硼前驱体，将前驱体粉碎后在5-10Mpa的压力下压制成0.5-1mm厚度的六方氮化硼薄膜前驱体；

S2:用焦耳加热碳作为加热元件形成均匀的高温环境，六方氮化硼薄膜前驱体被夹在两根碳条之间，呈三明治状；通入惰性气体，流速5L/min-8L/min，在温度2000-2500℃下，利用电容器瞬间高压放电除去杂质，使杂质气化，形成高纯六方氮化硼薄膜；

S3:将炭黑放到高纯六方氮化硼薄膜材料上，用压力机将二者压合，压力为2-5MPa，保压时间2-5s；

S4:将炭黑和高纯六方氮化硼薄膜材料的压合体放置在石英管中，石英管中通入惰性气体，启动放电装置，放电时间0.1s-1s，内部温度2000-3000K，待冷却后取出，用氩气吹扫2-10min，得到高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜。

在步骤S4的条件下，由于六方氮化硼复合石墨烯薄膜的形成速度如此之快，以至于炭黑中的碳原子无法堆积成石墨状排列，因此碳源子层与层之间是交错或涡轮层状的(形成了石墨烯)，待冷却后，用氩气吹扫2mi n，去掉未与高纯六方氮化硼薄膜材料结合的炭黑粉体，制得六方氮化硼复合石墨烯薄膜材料。

根据本发明的较佳实施例，所述高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜通过热压或导电聚合物复合到主电池的负极上，并使该高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜与主电池的负极呈良好电性连接。

根据本发明的较佳实施例，所述主电池为可充放锂电池。

根据本发明的较佳实施例，所述主电池为磷酸铁锂LFP电池。

另一方面，本发明提供一种利用太赫磁波补充电量的电池，其包含主电池，其中所述主电池的负极上结合有高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜或者所述主电池的负极材料为高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜制成；所述主电池为允许快速充放电的电池；该高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜吸收环境中的太赫兹波产生电子的定向移动，充当与该主电池串联的小电池为主电池补给一定电量和延长主电池续航时间。

其中，将高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜制成负极时，可先制备高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜，然后截切成与主电池所适应的电极片压合到集流体上，如此可进一步减小高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜与主电池负极间的界面电阻。

根据本发明较佳实施例，其中，高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料的制备方法如下：

S1:按照三聚氰胺和硼酸摩尔比1：1.5-2.5混合均匀后在180-200℃下煅烧8-12h形成氮化硼前驱体，将前驱体粉碎后在5-10Mpa的压力下压制成0.5-1mm厚度的六方氮化硼薄膜前驱体；

S2:用焦耳加热碳作为加热元件形成均匀的高温环境，六方氮化硼薄膜前驱体被夹在两根碳条之间，呈三明治状；通入惰性气体，流速5L/min-8L/min，在温度2000-2500℃下，利用电容器瞬间高压放电除去杂质，使杂质气化，形成高纯六方氮化硼薄膜；

S3:将炭黑放到高纯六方氮化硼薄膜材料上，用压力机将二者压合，压力为2-5MPa，保压时间2-5s；

S4:将炭黑和高纯六方氮化硼薄膜材料的压合体放置在石英管中，石英管中通入惰性气体，启动放电装置，放电时间0.1s-1s，内部温度2000-3000K，待冷却后取出，用氩气吹扫2-10min，得到高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜。

优选地，所述主电池为锂离子电池。

优选地，所述主电池为LFP电池。

(三)有益效果

本发明通过在可快速充放电电池的负极侧设置高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料，该高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料可吸收环境中的太赫兹波产生定向移动的电子，充当与主电池串联连接的利用环境中太赫兹波产生电能的小电池，可为主电池补给一定电量和延长主电池续航时间。本发明能够在一定程度上增加电池容量，延长电池续航时长和使用寿命，显著改善传统可充电电池的各项性能。

高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料质量非常轻便，不占空间、不会显著增加电池体积，能够有效提高电池能量密度，耐用且适合高容量储能的锂电池，缩短电池的充电时间。

实验证明，在负极上结合了高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料的电池比未改进的电池，在动力特性、电容量、寿命等方面表现突出。

通过吸收空间中的太赫兹波，属于利用空间闲置的能源发电，不需要电能的输入，大大节约了电能。随着我们周围的电子元件越来越多，周围空间的太赫兹波也越来越强，本发明负极侧结合了高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料的电池应用在移动电子设备中，可方便地实现边使用边自动充电的功能，虽不能完全免除充电但可有效延长电池续航时间。

附图说明

图1为本发明负极侧结合了高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料的电池的示意图。

图2为本发明采用高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜作为电池负极材料的示意图。

图3为本发明的原理示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，为本发明实施例1的一种利用太赫磁波补充电量的电池的结构示意图，其包括主电池10和设于主电池10的负极101上的高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜11。主电池10为允许快速充放电的锂电池或LPS电池。本发明的原理如图3所示，该高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜11吸收环境中的太赫兹波产生电子的定向移动，充当与该主电池10串联的小电池，可为主电池10补给一定电量和延长主电池续航时间。

如图2所示，为本发明实施例2的一种利用太赫磁波补充电量的电池的结构示意图，其包括主电池10，该主电池10为允许快速充放电的锂电池或LPS电池。主包括10包括阳极和负极101、其中负极101是由高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜制成。具体地，可先制备高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜，然后截切成与主电池所适应的电极片压合到集流体上，如此可进一步减小高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜与主电池负极间的界面电阻。本发明的原理如图3所示，该高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜吸收环境中的太赫兹波产生电子的定向移动，充当与该主电池10串联的小电池，可为主电池10补给一定电量和延长主电池续航时间。

其中，高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料可吸收环境中太赫兹波并转化为电子的定向流动的原理及说明，可参见北京大学和河南理工大学王进莹、赵瑞奇等人发表的《Thecharge transport properties ofboron nitride hybridized graphene》文章。

其中，高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料，可采用如下方式制备：

S1:按照三聚氰胺和硼酸摩尔比1：1.5-2.5混合均匀后在180-200℃下煅烧8-12h形成氮化硼前驱体，将前驱体粉碎后在5-10Mpa的压力下压制成0.5-1mm厚度的六方氮化硼薄膜前驱体；

S2:用焦耳加热碳作为加热元件形成均匀的高温环境，六方氮化硼薄膜前驱体被夹在两根碳条之间，呈三明治状；通入惰性气体，流速5L/min-8L/min，在温度2000-2500℃下，利用电容器瞬间高压放电除去杂质，使杂质气化，形成高纯六方氮化硼薄膜；

S3:将炭黑放到高纯六方氮化硼薄膜材料上，用压力机将二者压合，压力为2-5MPa，保压时间2-5s；

S4:将炭黑和高纯六方氮化硼薄膜材料的压合体放置在石英管中，石英管中通入惰性气体，启动放电装置，放电时间0.1s-1s，内部温度2000-3000K，待冷却后取出，用氩气吹扫2-10min，得到高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜。

以下以锂电池为例，电池负极结合了高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜和未结合高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜的两种同型号初始电压基本相同的电池，将其放在相同环境中进行测试。

实验组

电池组装：CR2025扣式电池，正极为锂片、负极为石墨、电池隔膜Celgard，电解液为1M LiPF

高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜制备方法如下：

①:按照三聚氰胺和硼酸摩尔比1：2混合均匀后在200℃下煅烧10h形成氮化硼前驱体，将前驱体粉碎后在8Mpa的压力下压制成0.5mm厚度的六方氮化硼薄膜前驱体；

②:用焦耳加热碳作为加热元件形成均匀的高温环境，六方氮化硼薄膜前驱体被夹在两根碳条之间，呈三明治状；通入惰性气体，流速8L/min，在温度2400℃下，利用电容器瞬间高压放电除去杂质，使杂质气化，形成高纯六方氮化硼薄膜；

③:将炭黑放到高纯六方氮化硼薄膜材料上，用压力机将二者压合，压力为5MPa，保压时间4s；

④:将炭黑和高纯六方氮化硼薄膜材料的压合体放置在石英管中，石英管中通入惰性气体，启动放电装置，放电时间0.5s，内部温度2800K，待冷却后取出，用氩气吹扫4min，得到厚度约0.8mm的高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜。实验组设置10个平衡。

对照组

电池组装：CR2025扣式电池，正极为锂片、负极为石墨、电池隔膜Celgard，电解液为1M LiPF

将实验组和对照组组装的电池进行同步注液、活化24-36h、首次充电、再次在室温下陈化6天，进行电池分容，将电池容量相差最小3对实验组电池和对照组电池保留，用于测试。

测试方法

在电脑机房中设置试验台，将实验组电池和对照组电池均两端分别电连接一个0.06W的LED灯珠，观察LED灯珠光线变弱(色差仪检测)至LED灯珠完全熄灭的时间。

实验结果如下：

综上所述，本发明在传统电池的负极侧结合高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料之后(相比未结合高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜)，往往能获得更高的初始电压，也具有更长的续航时间，更慢的电量衰减速度。其中，高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料(薄膜)实际上充当一种可利用环境中太赫磁波产生电流，并与主电池相串联的微型电池，可对主电池进行一定电量的补给，延长主电池的续航时间，当然也可缩短主电池的充电时间。

本发明通过吸收空间中的太赫兹波，属于利用空间闲置的能源发电，可节约电能。高纯六方氮化硼/石墨烯复合材料薄膜应用到可充电电池的负极上，可获得耐用及高容量储能的电池，缩短充电时间。随着我们周围的电子元件越来越多，周围空间的太赫兹波也越来越强，将本发明的电池若应用到移动电子设备中，则可有效延长移动电子设备的电池续航时间，相比传统的电池在动力特性、电容量、寿命等方面表现较为突出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。