新型锂电池自行修复

　   伊利诺斯大学（UniversityofIllinois）的科学家相信，他们偶然获得了一项突破，最终可能促成开发一种锂离子电池，这种电池就像人体的某些部分，实际上可以自行修复本身的损伤。

　　研究人员采取措施，更深入地了解可充电的锂离子电池，这种电池用于一些日常用的物品，比如手机，笔记本电脑和数码相机，他们发现，这些电池往往会退化，随着时间的推移就会这样。

　　斯科特?怀特（ScottWhite）是伊利诺伊大学的材料工程师，他说：“有许多不同类型的退化会发生，修复这种退化可以帮助我们制备更持久的电池。”怀特声称，锂离子电池的阳极充电时会膨胀，放电周期就会收缩，这种阳极最终会出现裂缝，而且经过一段时间，就会导致电池失效。

　　经过广泛的测试，伊利诺斯大学的科学家发现，植入微小的自我修复型聚合物，就植入石墨阳极，撕开并释放铟镓砷化物（indiumgalliumarsenide），这种化合物是一种液体金属合金，这样，那些微观裂缝在阳极中就可被填满，从而恢复电流，这样就修复了锂离子电池，并有可能延长其使用寿命。

　　损坏的电池，或者会有短路发生在组成部分之间，这就可能出事故，而不仅仅是缩短使用寿命。失去控制的电流我们已经知道会形成发热点，并引起熊熊烈火。

　　“这不是一个普遍的现象，但是当它发生的时候，后果就严重了，”怀特说。电池火灾已促使笔记本电脑召回，戴尔和惠普都发生过，美国交通部提出了更严格的规则，以规范货运飞机运输大批量锂离子电池。

　　为了防止这种类型的故障，怀特开发了第二种类型的微型球，制备采用的是固体聚乙烯（polyethylene），这是一种便宜和广泛使用的塑料。少量的这种微型球嵌入阳极和其他电池组件，功能上就可以作为一种安全的保险开关。如果温度在电池内部上升，超过105°C，这种微型球就会融化，进入薄层的绝缘材料，切断电流，防止火灾。

　　“我们已经测试了这一点，用的是实际电池，”怀特说，他的研究是由美国能源部资助。“效果很好。”他说，这种安全特性有益于市场上新兴的电动汽车。

　　“锂离子电池将继续成为实用的技术，在未来10至15年都会用于电动汽车，”克里斯汀?佩尔松（KristinPersson）说，他是加利福尼亚州（California）劳伦斯伯克利国家实验室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory）的，他正在寻求一种新的电池材料，不仅具有更好的能量存储，而且也可以避免传统电池的一些缺陷。他说：“至少需要那么长的时间来开发新的材料。”

　　一直以来，手机电池技术的发展便落后于手机技术。智能手机已经达到令人吃惊的先进程度，而电池却相对比较古老。随着美国伊利诺斯州大学的科学家研制出一种超级微电池，这种落后从此成为过去。这种微电池的功率是锂电池的1000倍，理论上充电所需时间不到一秒钟。

　　伊利诺斯州大学科学家研制的新型微电池功率是当前锂电池的1000倍，为未来研制充电时间不到一秒的智能手机铺平了道路。研究领导人威廉-金表示：“这是一种全新的电池，将改变人们对电池的认知。这种电池的输出功率超过任何人的想象。最近几十年，电子元件的尺寸越来越小，电脑的思考用元件也越来越小，而电池技术却一直被落在后面。微技术将改变这一切。采用微技术的电池先进程度将与其他元件不相上下。”

　　一直以来，用户不得不在功率和电量之间做出选择。对于需要很大功率的用电设备，例如远距离传送无线电信号，电容器虽然能够快速释放电量，但只能存储少量电量；对于需要很多电量的用电设备，例如长时间播放收音机，燃料电池和其他电池虽然能够容纳很多电量，但需要很长时间充电。

　　研究论文第一作者、伊利诺斯州大学的研究生詹姆斯-皮库尔表示：“我们总是要做出牺牲。如果希望获得较多的电量，你就不能获得较高的功率；如果希望获得较高的功率，就很难获得较多的电量。对于一些非常有趣的电器，尤其是现代电器，你需要做到二者兼得。这也是我门研制新型电池的出发点。我们打造的电量存储设计是此前未曾有的。”

　　新型微电池的结构不同于传统电池，能够做到高电量和高功率二者兼得。研究人员对这种电池的结构进行调整，在功率和电量之间实现更好的平衡。科学家表示新型微电池的高性能要归功于内部的三维微结构。与所有电池一样，新型微电池拥有两个基本组件，即阳极和阴极。

　　新型微电池采用伊利诺斯州大学教授保罗-布劳恩设计的新型快速充电阴极。金和皮库尔研发了与之相对应的阳极以及一种在微尺度下将二者集合在一起的方式，让最后研制的电池拥有极高的性能。对于需要较高功率的用电设备，这种电池能够让传感器或者无线电信号的有效工作距离达到此前的30倍，体积缩小30倍。

　　新型微电池的充电速度是其他电池技术的1000倍。理论上说，一部信用卡厚度的手机所需充电时间不到一秒钟。除了消费型电子设备外，医学设备、激光器、传感器以及其他用电设备都能因为这项电池技术实现飞跃。金说：“一直以来，所有电气设备都受到电池尺寸的限制。想象一下，私人医学设备和植入物——当前使用的电池都是大块头——采用微小的电子元件和电线。现在，电池的尺寸也可以变得非常微小。”

　　目前，研究人员正试图将新型电池与其他电子元件集合在一起，同时降低生产成本。皮库尔表示：“我们现在可以跳出盒子思考。这是一种新型技术，而不是此前技术的改进。它打破了电源的正常模式，允许我们设计全新的设备。”