纯锂电池让手机使用时间长4倍

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[摘要]斯坦福大学科学家在电池阳极上使用锂材料，大大增加了电池的能量密度。

腾讯科技讯，7月29日，据外媒报道，那些总为智能手机或平板电脑电池储电量太少而苦恼的人，现在不必纠结了！美国科学家已经发明一款纯锂电池，可让智能手机、电动汽车以及其他电子设备使用时间延长4倍，堪称“电池圣杯”。
当前，使用锂离子电池的电子设备用户总是面临电池使用时间过短的困扰，几个小时内就要给设备充电，以免其电池电量耗光。现在经过多年研究，美国加州斯坦福大学的科学家发明一种纯锂电池，虽然电池体积没有变化，但其储存的电量却大幅增加，大大延长使用时间。
所有电池都由三个部分组成，即提供电子的电解液、释放电子的正极以及接受电子的负极。而我们今天使用的锂离子电池，只是电解液中使用锂，而正极没有锂。斯坦福大学的科学家现在将正极也用纯锂制造，因为其不仅便宜、小巧，而且能大幅提高电池效用。
科学家们发明了一种锂正极，由碳纳米球形成的薄膜加以保护，防止其在膨胀时裂开。碳纳米球可以形成类似蜂巢的外观，变成柔韧、均匀、无点抗性的薄膜，用以保护不稳定的锂。碳纳米球只有20纳米厚，它需要5000层互相堆叠才能有人类一根头发粗。
斯坦福大学材料科学与工程学教授崔毅（音译）说：“锂金属正极的理想保护层需要在化学上保持稳定，以防其与电解液产生化学反应，同时需要在机械方面保持柔韧，足以抵制锂在充电过程中的膨胀力。”
斯坦福大学的碳纳米球保护层由无定形碳制作，其具有化学稳定、柔韧性强的特性，在电池正常充电和放电过程中，可以自由地随锂的膨胀和收缩而移动。崔教授称：“在所有可用于正极的材料中，锂无疑具有最大潜力，有人甚至称其为‘圣杯’。这是一种超轻、能量密度超高的物质，按照单位体积和重量计算，锂可获得更多能量。为此可以用其制造重量更轻、体积更小而储电更多的电池。”
另一名研究人员称：“许多工程师不得不放弃锂正极的研究，但我们发现保护锂的新方法。”崔教授也说：“实际上，如果我们能够提高电池储电量4倍，这是一项令人激动的成就。你的手机电池寿命可能延长2到3倍，电动汽车能跑480公里而成本只需25000美元。此外，这种新发明也可用于为下一代可充电电池。”
大多数锂离子电池工作原理类似，如同智能手机或混合动力汽车上使用的。在充电过程中，电解液中带正电荷的锂离子被吸引到带负电荷的正极，并在那里积聚。今天，锂离子电池的正极都是石墨或硅制造。
科学家们很想用锂制造正极，但直到现在依然无法实现。因为在充电过程中，锂离子聚集到正极时会膨胀。在所有正极材料中，包括石墨和硅，也会在充电时膨胀，但不像锂那样剧烈。研究人员认为，相对于其他材料来说，锂在充电时膨胀几乎是无限的。且其膨胀没有规律，容易在外部表层造成坑洼和裂缝，导致锂离子逃逸，进而造成电池短路或寿命缩短。
但这只是用锂制造阳极的第一个挑战。第二个难题是，锂正极容易与电解液产生积极的化学反应，导致电解液消耗增加，电池寿命缩短。最后，在互相接触时，锂正极与电解液容易产生热量导致过热，引发起火甚至爆炸，因此安全性无法保证。而斯坦福大学的新发明将会一举解决这些问题。（风帆）

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