还需要提升的锂离子电池

锂电池最初的制造是我们都非常熟悉的发明大王：爱迪生。不过在当时由于锂的化学性质非常的活跃，以当时的技术很难对其进行制造和储存，就更别提使用了，所以它在发明之后的很长的一段时间都没有得到应用。这个现象维持到二十世纪末，随着微型电子技术的发展，它才重新进入人们的眼帘。

但是我们今天将的并不是锂电池，因为锂离子电池虽然是目前市场上最好的电池。它们可以在小小的体积内蕴藏巨大的能量，但是它们也有一些缺点。首先制造它们所需的材料并不丰富，这也使得它们的价格非常的昂贵，特别是在你所需能源非常的多，锂电池制造的特别庞大时。它们就会有产生火灾风险，并且大体积的锂电池寿命也相当短。

多年来，研究人员一直在寻找更丰富、更安全的材料来制造更好的电池。韩国工程师国立科学技术研究所(联阿安全特种)他们已经开发出一种海水电池，这种电池运行在水和盐上，他们说这种电池很快就能在性能上与锂离子电池媲美。

研究人员认为，在未来，随着世界转向更多的可再生能源，海水可能是大规模能源储存的关键。这种电池还可以作为家庭、企业和船舶的应急备用能源。

这款电池在充满电能时从海水中提取钠离子，并将它们储存在阴极室中。在电化学放电时，从阳极释放钠，并与海水阴极中的水和氧反应生成氢氧化钠。

而且钠是地球上第六大最丰富的元素，使得这种电池制造和使用的成本大大降低。

通过了解，盐水不仅是一种电解质，根据美国化学学会通讯其实是一个“阴极物-电解液和阴极的结合。在电池中，电解液是允许电荷在阴极和阳极之间流动的元件。海水源源不断地流入和流出电池，提供钠离子和负责产生电荷的水。“

不过目前，海水电池的输出电量低于锂离子电池，但研究人员正致力于制造各种尺寸和形状的电池，以提高充电率。他们将很快开始在一个测试设施大规模生产海水电池，并将电池组装在一起。世界上有比以人更多的是手机。几乎所有这些电池都由可充电锂离子电池供电，这是过去几十年来发展的便携式电子产品革命中最重要的部分。如果这些设备没有足够的电力持续至少几个小时而没有特别沉重，那么这些设备对用户来说并不吸引人。

锂离子电池还可用于大型应用，例如电动车辆和智能电网储能系统。寻求改进锂离子电池的材料科学创新研究人员为更多具有更好性能的电池铺平了道路。需要不会着火或爆炸的高容量电池。许多人梦想能够在几分钟甚至几秒钟内充电的更小，更轻的电池，并且可以存储足够的能量来为设备供电数天。

然而，像我这样的研究人员正在考虑更多的冒险精神。如果汽车和电网存储系统可以在数年甚至数十年内放电和充电数万次，那就更好了。维护人员和客户会喜欢能够监控自己并在发生故障时发送警报的电池-如果他们不能以最佳性能工作-甚至是自我修复。我们的梦想是将两用电池集成到物品的结构中，有助于塑造智能手机，汽车或建筑物的形状，同时不会给它的功能带来太大的影响。

所有这一切都有可能，因为我的研究和其他人已经帮助科学家和工程师更好地控制和处理单一原子级材料。

新兴材料

在大多数情况下，能量储存的进步将取决于材料科学的持续发展，推动现有电池材料的性能极限以及开发全新的电池结构和组合物。

电池行业一直致力于降低锂离子电池的成本，包括从阴极中去除昂贵的钴，称为阴极。这也将降低这些电池的劳动力成本，因为世界上许多主要的钴来源刚果都使用儿童从事艰苦的手工劳动。

研究人员正在寻找用主要由镍制成的阴极代替含钴材料的方法。最后，他们可以用锰代替镍。这些金属中的每一种都比其前身更便宜，更丰富，更安全。但它们需要称重，因为它们具有缩短电池寿命的化学特性。

体积90％另请参阅：此锂离子电池为智能手表提供平坦，弯曲和扭曲的配置。

研究人员还在考虑更换在两个电极之间穿梭的锂离子，例如基于钠，镁，锌或铝的电极，可能更便宜，更安全的离子和电解质。

我的研究团队研究了使用二维材料的可能性，这些材料本质上是极薄的材料，具有有用的电子特性。石墨烯可能是其中最着名的-一块碳只有一个原子厚。我们想要看看各种2D材料的堆叠层是否然后用水或其他导电液体渗透堆叠可以是电池的关键部件并且可以非常快速地充电。

看着电池里面

它不仅仅是一种扩展电池创新世界的新材料：新的设备和方法也使研究人员更容易看到电池内部发生了什么。

在过去，研究人员使用特定的充电和放电过程或循环时间来运行电池，然后从电池中取出材料并在之后进行检查。只有这样，学者才能了解过程中发生了什么化学变化，并推断出电池的实际运行情况以及影响其性能的因素。

但现在，研究人员可以在电池材料通过能量存储过程时查看电池材料并实时分析其原子结构和成分。我们可以使用复杂的光谱技术，如X射线技术，用于称为同步加速器的粒子加速器-以及电子显微镜和扫描探针-，以便在储存和释放能量时观察电池中的离子运动和物理结构变化。