【寫在前面】

        無論是人們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)、筆記本電腦等便攜式設(shè)備，還是新能源電動汽車、智能電網(wǎng)等，都少不了鋰電池的身影。

        然而，目前的鋰電池技術(shù)遠(yuǎn)非完美，突出表現(xiàn)在，由于電力續(xù)航能力不足，不少消費者常抱怨“智能手機(jī)耗電快”或者“電動汽車跑不遠(yuǎn)”。制造出新一代更高能量密度的鋰電池，成為目前各國專家爭相攻克的“橋頭堡”。

       近期，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志就鋰電池提升續(xù)航能力的前沿研究撰文，特別提到了斯坦福大學(xué)團(tuán)隊目前所進(jìn)行的科技攻關(guān)。該項目得到了前諾貝獎得主、美國原能源部部長朱棣文的支持。

斯坦福大學(xué)博士崔屹。

        電子產(chǎn)品以驚人速度統(tǒng)治了現(xiàn)代生活，但產(chǎn)品的充電問題正減緩這一速度。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，關(guān)鍵在于如何抓住鋰離子。

        《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》的文章首先解釋了鋰電池的原理：與普通電池類似，鋰離子電池包含了兩個電極（陰極和陽極），并由電解液將其分開。在一個典型的鋰離子手機(jī)中，陽極由石墨做成，陰極則由鈷酸鋰組成，電解質(zhì)是鋰鹽和有機(jī)溶劑混合物。充電時，帶正電的鋰離子電解質(zhì)驅(qū)動到帶負(fù)電荷的正極，并在此累積。電池在使用時，電子又按原路返回到電池的負(fù)極中。

        鋰電池的風(fēng)險主要在于熱量。充電放電過程中，鋰電池還會產(chǎn)生熱量，這部分熱量大多數(shù)情況下會消散。但電池充電太久可以形成細(xì)長的鋰樹突，或結(jié)晶，這會導(dǎo)致在正極短路。短路的故障也會出現(xiàn)在其他材料制成的電池中。這就會引發(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。

        除了上述風(fēng)險，《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》提到，對于許多科學(xué)家而言，最終目標(biāo)是商業(yè)化生產(chǎn)本身能包含更多鋰陽極的電池。鋰金屬正極擁有比其他材料更高的能量儲蓄能力，因為鋰是最密集的金屬元素，并擁有最大的功率重量比。斯坦福大學(xué)博士崔屹估算，擁有鋰陽極和硫陰極（硫同時具有很高的能量儲存能力）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”。將鋰陽極裝入電池、開始充電后，鋰會迅速擴(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，并沒有像鋰這樣）。鋰陽極也會轉(zhuǎn)換成鋰樹突，形成類似苔狀的東西。情況好的話，這些僅僅會減弱效率，運氣差的話，就會引發(fā)火災(zāi)。

        《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》表示，崔屹和他的團(tuán)隊，包括諾貝爾物理學(xué)獎得主、美國前能源部長朱棣文，相信他們能找到減少危險發(fā)生的方法。一種方法是將鋰陽極做成比人類頭發(fā)還細(xì)5000倍的“碳團(tuán)簇”薄膜。這樣的碳膜不會和鋰反應(yīng)或者電解質(zhì)反應(yīng)；同時，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)入陽極，但電池好像這層薄膜沒有存在一樣，這就可以防止它形成樹突（比離子大成千上萬倍）。

        最新的研究發(fā)現(xiàn)，可以使用最新的二維材料，換句話說，由一個原子層覆蓋鋰陽極。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缺陷，卻是以一種好的方式：當(dāng)它使用時，微小原子使表面形成裂縫，從而讓鋰離子能夠通過，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)隊目前還不會公布，但已經(jīng)進(jìn)行了多年。當(dāng)充電電池可商業(yè)化時，必須充電效率（電能存儲的百分比在充電，放電時可恢復(fù)）超過99.9%，并有更長的充電和放電時間。今天，崔屹的“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。但想要獲得最后的幾個百分點需要時間。對此，崔屹表示有信心，他稱有希望能量產(chǎn)這類電池。

        那些嘲笑這些研究的應(yīng)該仔細(xì)研究崔屹的記錄。他已與安普瑞斯合作，開始創(chuàng)業(yè)。美國安普瑞斯（Amprius）公司是世界領(lǐng)先的先進(jìn)儲能材料的開拓者，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)來源于美國斯坦福大學(xué)。

        崔屹主導(dǎo)的硅陽極電池工作已從幾大風(fēng)險投資公司處獲得6000萬美元資金，包括谷歌主席埃里克?施密特。

        （王心馨編譯）