可延长手机续航时间的纳米锂电池

移动设备中锂离子电池的续航时间受限于“离子”，只能安全地使用以“离子”状态存在的锂元素，浪费了大量潜在能源。

斯坦福大学的研究人员已经开发出一种新型的锂电池，续航时间要长得多。通过利用采用纳米工艺制成的碳罩约束住不稳定的化学物质，新型电池能更高效地利用电池阳极的锂元素；如果这些化学物质不受约束，锂离子电池的续航时间会迅速缩短。

领导这项研究的斯坦福大学材料科与工程学院教授崔毅（音译）说，在所有能用来制造电池阳极的材料中，锂最有潜力，它非常轻又具有非常高的能量密度，有望让质量轻、体积小的电池具备更大的容量。但制造锂阳极却是一件非常困难的事情，以至于不少科学家在坚持多年后不得不放弃。

目前，制造锂阳极至少需要面临两个挑战：一是锂在充电时出现的膨胀现象。在充电时，锂离子会聚集起来发生膨胀。所有的阳极材料，包括石墨和硅在内都会发生膨胀，但不会像锂这么明显。相对于其他材料，锂的膨胀“几乎是无限”的。非但如此，这种膨胀还是不均匀的，会造成凹坑和裂缝。这些裂缝会使宝贵的锂离子从中逸出，形成毛发或苔藓状生长。这会导致电池短路，严重缩短其使用寿命。

二是锂阳极在与电解质接触后具有很高的活性。这会消耗电解质并缩短电池寿命。由此产生的一个附加问题是，当它们接触时还会发热。而过热就会出现燃烧甚至爆炸，因此，这是一个严重的安全问题。

“虽然如此困难，我们还是找到解决问题的办法。”正在崔毅实验室工作的郑广元（音译）博士说，他是论文的第一作者。物理学家组织网7月28日报道称，为了解决这些问题，研究人员用碳为锂阳极制造了一个名为“纳米球”的纳米保护层。这些纳米球保护层从外形上看起来很像蜂窝，可弯曲且化学性质稳定，单个厚度只有20纳米。

崔毅说，这种纳米球由无形碳制成，不但具有很好的化学稳定性，还有很好的强度和柔性。既能防止其中的锂与电解质接触还具备一定的机械强度，能够承受锂阳极在充电过程中出现的膨胀现象。

在技术方面，纳米球能大幅提高电池的库仑效率（也叫充放电效率），即在一定的充放电条件下，放电时释放出来的电荷与充电时充入的电荷百分比。一般情况下，为了达到日常使用需要，电池应能达到99.9%以上的充放电效率。

实验显示，未受保护的锂阳极可以达到96%的充放电效率，在100次充放电循环后，只能达到50%，显然是不够的。而斯坦福团队的新型锂电极在充放电150次后，充放电效率还能保持在99%。对电池充放电效率而言99%与96%之间的差异是巨大的。

崔毅说：“虽然目前还没有达到99.9%的目标，但我们正在慢慢接近，并且与先前的技术相比，新设计已经实现了巨大的跨越。随着研究的进一步深入和新型电解质的采用，我们相信成功就在眼前。”