中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電子產(chǎn)品以驚人地發(fā)展速度統(tǒng)治了現(xiàn)代生活，但產(chǎn)品的充電問(wèn)題正減緩這一速度。從智能手機(jī)、筆記本電腦到特斯拉以及從1991年起售的波音787飛機(jī)，鋰離子電池應(yīng)用在所有的電子設(shè)備中。它們的性能有所提升，但相比于智能數(shù)碼產(chǎn)品的更新?lián)Q代，鋰離子電池需要僅是一點(diǎn)點(diǎn)令人驚奇的元素：鋰
斯坦福大學(xué)崔屹博士。
與普通電池類似，鋰離子電池包含了兩個(gè)電極（正極和負(fù)極），并由電解液將其分開。在一個(gè)典型的鋰離子手機(jī)中，正極由石墨做成，負(fù)極則由鈷酸鋰組成，電解質(zhì)是鋰鹽和有機(jī)溶劑混合物。充電時(shí)，電池驅(qū)動(dòng)帶正電的鋰離子電解質(zhì)到帶負(fù)電荷的正極,并累計(jì)。電池在使用時(shí)，電子又按原路返回到電池的負(fù)極中。
整個(gè)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生熱量，這部分熱量大多數(shù)情況下會(huì)消散。但電池充電太久可以形成細(xì)長(zhǎng)的鋰樹突,或結(jié)晶,這會(huì)導(dǎo)致在正極短路。短路的故障也會(huì)出現(xiàn)在其他材料制成的電池中。這就會(huì)引發(fā)“熱失控”和偶爾的火災(zāi)。這就是波音787在2013年早期禁飛的原因，也是許多手提電腦和智能手機(jī)被召回的原因。
除了這一風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于許多科學(xué)家而言，最終目標(biāo)是商業(yè)化生產(chǎn)本身能包含更多鋰正極的電池。鋰金屬正極擁有比其他材料更高的能量?jī)?chǔ)蓄能力，因?yàn)殇囀亲蠲芗慕饘僭?，并擁有最大的功率重量比。斯坦福大學(xué)崔屹博士估算，擁有鋰正極和硫負(fù)極（硫同時(shí)具有很高的能量?jī)?chǔ)存能力）的電池比目前的鋰電池效能高5倍，重量更輕。
最大的障礙是鋰元素的高化學(xué)反應(yīng)：它屬于堿金屬一類，含有鈉和鉀，是導(dǎo)致許多化學(xué)災(zāi)難發(fā)生的“明星”。將鋰正極裝入電池，開始充電后，鋰會(huì)迅速擴(kuò)散，盡可能多的搶占離子聚集的空間（其他材料的正極材料擴(kuò)散時(shí)，并沒(méi)有像鋰這樣）。鋰正極也會(huì)轉(zhuǎn)換成鋰樹突，形成類似苔狀的東西。情況好的話，這些僅僅會(huì)減弱效率，運(yùn)氣差的話，就會(huì)引發(fā)火災(zāi)。
崔博士和他的團(tuán)隊(duì)，包括諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、美國(guó)前能源部長(zhǎng)朱棣文，相信他們能找到減少危險(xiǎn)發(fā)生的方法。一種方法是將鋰正極做成比人類頭發(fā)還細(xì)5000倍的“碳團(tuán)簇”薄膜。這樣的碳膜不會(huì)和鋰反應(yīng)或者電解質(zhì)反應(yīng)。同時(shí)又擁有非常強(qiáng)大的效能和靈活性，使其能夠隨著鋰擴(kuò)張和收縮。鋰離子可以進(jìn)入正極，但電池好像這層薄膜沒(méi)有存在一樣，這就可以防止它形成樹突(比離子大成千上萬(wàn)倍)。
每次一個(gè)原子
最新的研究發(fā)現(xiàn)，可以使用最新的二維材料，換句話說(shuō)，由一個(gè)原子層覆蓋鋰正極。他們選擇的材料是分層的二維六角氮化硼或石墨烯。但二維材料也存在一個(gè)缺陷，卻是以一種好的方式：當(dāng)它使用時(shí)，微小原子使表面形成裂縫，從而讓鋰離子能夠通過(guò)，但卻能攔截可怕的樹突。
這兩種方法，連同斯坦福大學(xué)其他研究團(tuán)隊(duì)目前還不會(huì)公布，但已經(jīng)進(jìn)行了多年。當(dāng)充電電池可商業(yè)化時(shí)，必須具備充電效率（電能存儲(chǔ)的百分比在充電,放電時(shí)可恢復(fù)）超過(guò)99.9%，并有更長(zhǎng)的充電和放電時(shí)間。今天，崔博士的“碳團(tuán)簇”薄膜能達(dá)到99.6%的效率，而它的二維電池效率則在97%左右，使用周期長(zhǎng)。想要獲得最后的幾個(gè)百分點(diǎn)需要時(shí)間，但崔博士有信心，他稱有希望能量產(chǎn)這類電池。
那些嘲笑這些研究的應(yīng)該考慮崔博士的記錄。他與安普瑞斯合作，開始創(chuàng)業(yè)，硅陽(yáng)極電池工作,已從幾大風(fēng)險(xiǎn)投資公司處獲得6000萬(wàn)美元資金，包括谷歌主席埃里克 施密特。如果崔博士的研究取得成功,他預(yù)計(jì),可能會(huì)并入安普瑞斯。或者,他若有所思地說(shuō),“我們可能會(huì)重新啟動(dòng)。”
美國(guó)安普瑞斯(Amprius)公司是世界領(lǐng)先的先進(jìn)儲(chǔ)能材料的開拓者，也是新型鋰電池材料和鋰電池的開發(fā)和制造商。安普瑞斯的技術(shù)來(lái)源于美國(guó)斯坦福大學(xué)(Stanford)。（王心馨編譯）
