純鋰電池讓手機(jī)使用時(shí)間長4倍

Hugo801122

[摘要]斯坦福大學(xué)科學(xué)家在電池陽極上使用鋰材料，大大增加了電池的能量密度。

騰訊科技訊，7月29日，據(jù)外媒報(bào)道，那些總為智能手機(jī)或平板電腦電池儲(chǔ)電量太少而苦惱的人，現(xiàn)在不必糾結(jié)了！美國科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明一款純鋰電池，可讓智能手機(jī)、電動(dòng)汽車以及其他電子設(shè)備使用時(shí)間延長4倍，堪稱“電池圣杯”。
當(dāng)前，使用鋰離子電池的電子設(shè)備用戶總是面臨電池使用時(shí)間過短的困擾，幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就要給設(shè)備充電，以免其電池電量耗光。現(xiàn)在經(jīng)過多年研究，美國加州斯坦福大學(xué)的科學(xué)家發(fā)明一種純鋰電池，雖然電池體積沒有變化，但其儲(chǔ)存的電量卻大幅增加，大大延長使用時(shí)間。
所有電池都由三個(gè)部分組成，即提供電子的電解液、釋放電子的正極以及接受電子的負(fù)極。而我們今天使用的鋰離子電池，只是電解液中使用鋰，而正極沒有鋰。斯坦福大學(xué)的科學(xué)家現(xiàn)在將正極也用純鋰制造，因?yàn)槠洳粌H便宜、小巧，而且能大幅提高電池效用。
科學(xué)家們發(fā)明了一種鋰正極，由碳納米球形成的薄膜加以保護(hù)，防止其在膨脹時(shí)裂開。碳納米球可以形成類似蜂巢的外觀，變成柔韌、均勻、無點(diǎn)抗性的薄膜，用以保護(hù)不穩(wěn)定的鋰。碳納米球只有20納米厚，它需要5000層互相堆疊才能有人類一根頭發(fā)粗。
斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)教授崔毅（音譯）說：“鋰金屬正極的理想保護(hù)層需要在化學(xué)上保持穩(wěn)定，以防其與電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)需要在機(jī)械方面保持柔韌，足以抵制鋰在充電過程中的膨脹力�！�
斯坦福大學(xué)的碳納米球保護(hù)層由無定形碳制作，其具有化學(xué)穩(wěn)定、柔韌性強(qiáng)的特性，在電池正常充電和放電過程中，可以自由地隨鋰的膨脹和收縮而移動(dòng)。崔教授稱：“在所有可用于正極的材料中，鋰無疑具有最大潛力，有人甚至稱其為‘圣杯’。這是一種超輕、能量密度超高的物質(zhì)，按照單位體積和重量計(jì)算，鋰可獲得更多能量。為此可以用其制造重量更輕、體積更小而儲(chǔ)電更多的電池�！�
另一名研究人員稱：“許多工程師不得不放棄鋰正極的研究，但我們發(fā)現(xiàn)保護(hù)鋰的新方法�！贝藿淌谝舱f：“實(shí)際上，如果我們能夠提高電池儲(chǔ)電量4倍，這是一項(xiàng)令人激動(dòng)的成就。你的手機(jī)電池壽命可能延長2到3倍，電動(dòng)汽車能跑480公里而成本只需25000美元。此外，這種新發(fā)明也可用于為下一代可充電電池�！�
大多數(shù)鋰離子電池工作原理類似，如同智能手機(jī)或混合動(dòng)力汽車上使用的。在充電過程中，電解液中帶正電荷的鋰離子被吸引到帶負(fù)電荷的正極，并在那里積聚。今天，鋰離子電池的正極都是石墨或硅制造。
科學(xué)家們很想用鋰制造正極，但直到現(xiàn)在依然無法實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵诔潆娺^程中，鋰離子聚集到正極時(shí)會(huì)膨脹。在所有正極材料中，包括石墨和硅，也會(huì)在充電時(shí)膨脹，但不像鋰那樣劇烈。研究人員認(rèn)為，相對于其他材料來說，鋰在充電時(shí)膨脹幾乎是無限的。且其膨脹沒有規(guī)律，容易在外部表層造成坑洼和裂縫，導(dǎo)致鋰離子逃逸，進(jìn)而造成電池短路或壽命縮短。
但這只是用鋰制造陽極的第一個(gè)挑戰(zhàn)。第二個(gè)難題是，鋰正極容易與電解液產(chǎn)生積極的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電解液消耗增加，電池壽命縮短。最后，在互相接觸時(shí)，鋰正極與電解液容易產(chǎn)生熱量導(dǎo)致過熱，引發(fā)起火甚至爆炸，因此安全性無法保證。而斯坦福大學(xué)的新發(fā)明將會(huì)一舉解決這些問題。（風(fēng)帆）

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