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據(jù)外媒報道，美國科學家已經(jīng)發(fā)明一款純鋰電池，可讓智能手機、電動汽車以及其他電子設(shè)備使用時間延長4倍，堪稱“電池圣杯”。 當前，使用鋰離子電池的電子設(shè)備用戶總是面臨電池使用時間過短的困擾，幾個小時內(nèi)就要給設(shè)備充電，以免其電池電量耗光�，F(xiàn)在經(jīng)過多年研究，美國加州斯坦福大學的科學家發(fā)明一種純鋰電池，雖然電池體積沒有變化，但其儲存的電量卻大幅增加，大大延長使用時間。 所有電池都由三個部分組成，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，而正極沒有鋰。斯坦福大學的科學家現(xiàn)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、無點抗性的薄膜，用以保護不穩(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。 斯坦福大學材料科學與工程學教授崔毅（音譯）說：“鋰金屬正極的理想保護層需要在化學上保持穩(wěn)定，以防其與電解液產(chǎn)生化學反應(yīng)，同時需要在機械方面保持柔韌，足以抵制鋰在充電過程中的膨脹力�！� 斯坦福大學的碳納米球保護層由無定形碳制作，其具有化學穩(wěn)定、柔韌性強的特性，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。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：“許多工程師不得不放棄鋰正極的研究，但我們發(fā)現(xiàn)保護鋰的新方法�！贝藿淌谝舱f：“實際上，如果我們能夠提高電池儲電量4倍，這是一項令人激動的成就。你的手機電池壽命可能延長2到3倍，電動汽車能跑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，如同智能手機或混合動力汽車上使用的。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。 科學家們很想用鋰制造正極，但直到現(xiàn)在依然無法實現(xiàn)。因為在充電過程中，鋰離子聚集到正極時會膨脹。在所有正極材料中，包括石墨和硅，也會在充電時膨脹，但不像鋰那樣劇烈。研究人員認為，相對于其他材料來說，鋰在充電時膨脹幾乎是無限的。且其膨脹沒有規(guī)律，容易在外部表層造成坑洼和裂縫，導致鋰離子逃逸，進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挑戰(zhàn)。第二個難題是，鋰正極容易與電解液產(chǎn)生積極的化學反應(yīng)，導致電解液消耗增加，電池壽命縮短。最后，在互相接觸時，鋰正極與電解液容易產(chǎn)生熱量導致過熱，引發(fā)起火甚至爆炸，因此安全性無法保證。而斯坦福大學的新發(fā)明將會一舉解決這些問題。 |
