擁有每年270億美元的銷(xiāo)售額,鋰離子電池毫無(wú)疑問(wèn)是充電電池市場(chǎng)的主導(dǎo)者。不過(guò),人們總是希望能做到更好。現(xiàn)在,科學(xué)家報(bào)告說(shuō)他們運(yùn)用納米技術(shù)可以大大增強(qiáng)鋰離子電池的儲(chǔ)電能力,或者在保持現(xiàn)有儲(chǔ)能水平的條件下大大減輕電池重量。這項(xiàng)新的成果可以帶來(lái)更小型的筆記本電腦、更遠(yuǎn)行程的電動(dòng)汽車(chē)等大量的應(yīng)用。

在傳統(tǒng)的充電電池中,帶正電的鋰離子儲(chǔ)存在碳基的陽(yáng)極上,隨著電池放電流動(dòng)到陰極。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是碳在多次充放電之后仍能保持輕量和耐用,而缺點(diǎn)是6個(gè)碳原子才能支持1個(gè)鋰離子。最近,研究人員嘗試用晶體硅制作陽(yáng)極,每個(gè)硅原子可以支持大約4個(gè)鋰原子,理論上將能提高儲(chǔ)能效率。

2007年,美國(guó)斯坦福大學(xué)的材料科學(xué)家崔屹領(lǐng)導(dǎo)的小組就是這么做的。他們使用晶體硅納米線制作陽(yáng)極,這種材料非常纖細(xì),因此膨脹和伸縮造成的損失較小。這種電池可以存儲(chǔ)10倍于傳統(tǒng)鋰離子電池的充電量。但問(wèn)題是晶體材料在多次充放電后損壞,并最終斷裂,電池亦因此損壞。

因此在最近的研究中,崔屹的研究小組用外層覆蓋了非晶硅的碳納米線取代了脆弱的硅納米線。碳芯固有的穩(wěn)定性使得研究人員可以讓非晶硅帶滿鋰離子。結(jié)果,這種新的碳—硅混合陽(yáng)極擁有了6倍于傳統(tǒng)全碳陽(yáng)極的充電能力,早期的測(cè)試中,它們也比全硅陽(yáng)極表現(xiàn)的更穩(wěn)固。該結(jié)果發(fā)表在即將出版的《納米快報(bào)》上。利用這項(xiàng)成果,電池公司最終將能生產(chǎn)出更輕量的電池,這也是將來(lái)制造電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵。崔屹指出,電池公司還可以在保持電池重量的條件下,新增50%的儲(chǔ)電量。

得克薩斯大學(xué)材料化學(xué)家、電池專家ArumugamManthiram對(duì)這項(xiàng)成果評(píng)價(jià)很高。但他同時(shí)表示,由于這種新型材料還必須同電池中的其他組件結(jié)合在一起并證實(shí)其廉價(jià)、安全、能快速充電,因此,這項(xiàng)成果將在多大程度上改進(jìn)今后的電池目前還不明確。這是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的工作。Manthiram說(shuō),這也是為何電池科技進(jìn)步得這么慢的原因。