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據外媒報道，美國科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明一款純鋰電池，可讓智能手機、電動(dòng)汽車(chē)以及其他電子設備使用時(shí)間延長(cháng)4倍，堪稱(chēng)“電池圣杯”。 當前，使用鋰離子電池的電子設備用戶(hù)總是面臨電池使用時(shí)間過(guò)短的困擾，幾個(gè)小時(shí)內就要給設備充電，以免其電池電量耗光�，F在經(jīng)過(guò)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(méi)有變化，但其儲存的電量卻大幅增加，大大延長(cháng)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(méi)有鋰。斯坦福大學(xué)的科學(xué)家現在將正極也用純鋰制造，因為其不僅便宜、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，防止其在膨脹時(shí)裂開(kāi)。碳納米球可以形成類(lèi)似蜂巢的外觀(guān)，變成柔韌、均勻、無(wú)點(diǎn)抗性的薄膜，用以保護不穩定的鋰。碳納米球只有20納米厚，它需要5000層互相堆疊才能有人類(lèi)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(shuō)：“鋰金屬正極的理想保護層需要在化學(xué)上保持穩定，以防其與電解液產(chǎn)生化學(xué)反應，同時(shí)需要在機械方面保持柔韌，足以抵制鋰在充電過(guò)程中的膨脹力�！� 斯坦福大學(xué)的碳納米球保護層由無(wú)定形碳制作，其具有化學(xué)穩定、柔韌性強的特性，在電池正常充電和放電過(guò)程中，可以自由地隨鋰的膨脹和收縮而移動(dòng)。崔教授稱(chēng)：“在所有可用于正極的材料中，鋰無(wú)疑具有最大潛力，有人甚至稱(chēng)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、體積更小而儲電更多的電池�！� 另一名研究人員稱(chēng)：“許多工程師不得不放棄鋰正極的研究，但我們發(fā)現保護鋰的新方法�！贝藿淌谝舱f(shuō)：“實(shí)際上，如果我們能夠提高電池儲電量4倍，這是一項令人激動(dòng)的成就。你的手機電池壽命可能延長(cháng)2到3倍，電動(dòng)汽車(chē)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�！� 大多數鋰離子電池工作原理類(lèi)似，如同智能手機或混合動(dòng)力汽車(chē)上使用的。在充電過(guò)程中，電解液中帶正電荷的鋰離子被吸引到帶負電荷的正極，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，但直到現在依然無(wú)法實(shí)現。因為在充電過(guò)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。研究人員認為，相對于其他材料來(lái)說(shuō)，鋰在充電時(shí)膨脹幾乎是無(wú)限的。且其膨脹沒(méi)有規律，容易在外部表層造成坑洼和裂縫，導致鋰離子逃逸，進(jìn)而造成電池短路或壽命縮短。 但這只是用鋰制造陽(yáng)極的第一個(gè)挑戰。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，導致電解液消耗增加，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)生熱量導致過(guò)熱，引發(fā)起火甚至爆炸，因此安全性無(wú)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(wèn)題。 |
