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讓電池的電量提高一倍的新技術(shù)
手機(jī)廠商們?yōu)榱吮ＷC手機(jī)的輕薄質(zhì)感，同樣也要做出一個(gè)抉擇：要么犧牲待機(jī)時(shí)間，壓縮電池的容量，要么減少元器件個(gè)數(shù)，選用更輕薄小巧的元器件，這在很大程度上左右著手機(jī)行業(yè)目前的工業(yè)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在，來(lái)自MIT（麻省理工大學(xué)）能源實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們打算改變這一現(xiàn)狀。
據(jù)MIT News近日?qǐng)?bào)道，一種新型“鋰金屬”技術(shù)可以在保持電池體積不便的情況下，將鋰離子電池原有的離子數(shù)量提高一倍，進(jìn)而將電量也提高一倍，或者也可以選擇在電量不變的情況下將電池的體積減小一倍，無(wú)論上述的哪種做法，都將在很大程度上顛覆現(xiàn)有的電池工業(yè)領(lǐng)域。
這項(xiàng)技術(shù)來(lái)自MIT能源實(shí)驗(yàn)室旗下的SolidEnergy Systems公司，該公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官胡啟朝（Qichao Hu）在接受采訪時(shí)表示：“這是電池行業(yè)的一個(gè)豐碑?！?
技術(shù)原理
在典型的鋰離子電池中，一般是使用鋰金屬鋰合金的氧化物作為正極材料，石墨為負(fù)極材料，與非水電解質(zhì)共同產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。其可選的正極材料很多，主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。而由于石墨本身良好的導(dǎo)電性和本身化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定，其不會(huì)與電解質(zhì)溶液發(fā)生額外的化學(xué)反應(yīng)，因此被廣泛采用為負(fù)極材料。在電池工作時(shí)，通過(guò)正負(fù)電極上互補(bǔ)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電子的定向移動(dòng)，從而為手機(jī)等設(shè)備供電。
然而，通常作為最優(yōu)負(fù)極材料的石墨也有其局限性。石墨雖然能導(dǎo)電，但畢竟不是金屬，因此其內(nèi)部有限的離子數(shù)就成了最大劣勢(shì)?？茖W(xué)家們一直都希望用鋰金屬來(lái)取代石墨，因?yàn)樗梢匀菁{更多的離子。
最早于1996年開(kāi)始出現(xiàn)的可充電鋰金屬電池就是基于這一思路研發(fā)的。在那時(shí)的鋰金屬電池中，一般使用二氧化錳為正極材料，金屬鋰或其合金為負(fù)極材料，同樣使用非水電解質(zhì)溶液參與反應(yīng)。但是由于鋰等金屬的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有石墨穩(wěn)定，它們會(huì)與電解質(zhì)產(chǎn)生額外的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生各種類(lèi)型的混合物污染電解質(zhì)，因此大大減少了充電壽命，使得鋰金屬電池幾乎成為不可反復(fù)使用的消耗品。另外，這種反應(yīng)同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，有可能點(diǎn)燃電解質(zhì)并產(chǎn)生爆炸。加上鋰金屬電池超高的技術(shù)要求，因此一直未能普及開(kāi)來(lái)，目前全球只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。
但是SolidEnergy Systems公司的這款新型鋰金屬電池攻克了以上難題，他們開(kāi)發(fā)了一種新的固液混合解決方案。為了防止與傳統(tǒng)的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，他們?cè)阡嚱饘俦砻姘艘粚颖”〉墓腆w導(dǎo)電物質(zhì)，然后又對(duì)傳統(tǒng)電解質(zhì)進(jìn)行了化學(xué)改造，在保證導(dǎo)電的前提下降低了其活躍性，并重新設(shè)計(jì)了電池結(jié)構(gòu)，改善了正負(fù)極之間的隔離層材質(zhì)，使得鋰金屬在保證離子攜帶數(shù)量的同時(shí)可以不與電解質(zhì)產(chǎn)生額外的化學(xué)反應(yīng)。在確?？梢苑磸?fù)充電和安全性的同時(shí)，電池電量也得到了成倍提高。
更關(guān)鍵的是，這種新型鋰金屬電池在現(xiàn)有的鋰離子電池工廠就成生產(chǎn)，這使得該技術(shù)擁有非常廣泛的應(yīng)用前景。
未來(lái)應(yīng)用
目前，該公司已經(jīng)對(duì)外公布了相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)劃。在2017年，他們將把這種新型電池提供給智能手機(jī)和可穿戴廠商，在2018年，他們會(huì)提供新電池給電動(dòng)汽車(chē)制造商。不過(guò)，最早于今年11月，他們打算將該技術(shù)首先提供給一些無(wú)人機(jī)制廠商。
胡啟朝表示：“目前有許多公司已經(jīng)使用無(wú)人機(jī)和熱氣球?yàn)楸姸嗟陌l(fā)展中國(guó)家?guī)チ嗣赓M(fèi)的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，以及突發(fā)性災(zāi)難事故的救助服務(wù)。我認(rèn)為這是一件非常重要也非常令人驕傲的事業(yè)，因此我們打算在今年11月首先幫助這些企業(yè)改善電池的續(xù)航問(wèn)題。”
將這一技術(shù)應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域也著實(shí)令人充滿(mǎn)了期待。胡啟朝表示：“目前電動(dòng)汽車(chē)默認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是每次充電后至少行駛200英里（約合320多公里）。我們的技術(shù)可以減少一半的電池尺寸和重量，同時(shí)保持相同的行駛里程，因此在保證電池體積不變的情況下，我們的技術(shù)可以讓未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)在一次充電之后至少行駛400英里?！?
在技術(shù)日新月異的今天，我們幾乎每天都能感受到這世界一些細(xì)微的變化，SolidEnergy Systems公司的這款新電池就是其中之一。憑借他們的這項(xiàng)技術(shù)，手機(jī)、可穿戴設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)和無(wú)人機(jī)等所有用到充電電池的領(lǐng)域，未來(lái)都有可能產(chǎn)生更大的變革，我們對(duì)此充滿(mǎn)期待。
