看過iPhone拆機圖解的小夥伴可能都知道，電池佔據了相當大的一部分手機內部空間。其實不止蘋果，其他的手機廠商們為了保證手機的輕薄質感，同樣也要做出一個抉擇：要麼犧牲待機時間，壓縮電池的容量，要麼減少元器件個數，選用更輕薄小巧的零組件，這在很大程度上，左右著手機行業目前的工業設計。
現在，來自MIT（麻省理工大學）能源實驗室的科學家們打算改變這一現狀。
據MIT News近日報導，一種新型「鋰金屬」技術，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量提高一倍，進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，無論上述的哪種做法，都將在很大程度上顛覆現有的電池工業領域。
這項技術來自MIT能源實驗室旗下的SolidEnergy Systems公司，該公司創始人兼首席執行官胡啓朝（Qichao Hu）在接受採訪時表示：「這是電池行業的一個豐碑。」
技術原理
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，石墨為負極材料，與非水電解質共同產生化學反應。其可選的正極材料很多，主流產品多采用鋰鐵磷酸鹽。
而由於石墨本身良好的導電性和本身化學性質的穩定，其不會與電解質溶液發生額外的化學反應，因此被廣泛採用為負極材料。在電池工作時，通過正負電極上互補的化學反應產生電子的定向移動，從而為手機等設備供電。
然而，通常作為最優負極材料的石墨也有其局限性。石墨雖然能導電，但畢竟不是金屬，因此其內部有限的離子數就成了最大劣勢。科學家們一直都希望用鋰金屬來取代石墨，因為它可以容納更多的離子。
最早於1996年開始出現的可充電鋰金屬電池，就是基於這一思路研發的。在那時的鋰金屬電池中，一般使用二氧化錳為正極材料，金屬鋰或其合金為負極材料，同樣使用非水電解質溶液參與反應。
但是由於鋰等金屬的化學性質沒有石墨穩定，它們會與電解質產生額外的化學反應，從而產生各種類型的混合物污染電解質，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覆使用的消耗品。
另外，這種反應同時會產生大量的熱，有可能點燃電解質並產生爆炸。加上鋰金屬電池超高的技術要求，因此一直未能普及開來，目前全球只有少數幾個國家的公司，在生產這種鋰金屬電池。
但是SolidEnergy Systems公司的這款新型鋰金屬電池，攻克了以上難題，他們開發了一種新的固液混合解決方案。
為了防止與傳統的電解質溶液反應，他們在鋰金屬表麵包裹了一層薄薄的固體導電物質，然後又對傳統電解質進行了化學改造，在保證導電的前提下降低了其活躍性，並重新設計了電池結構，改善了正負極之間的隔離層材質，使得鋰金屬在保證離子攜帶數量的同時，可以不與電解質產生額外的化學反應。
在確保可以反覆充電和安全性的同時，電池電量也得到了成倍提高。
更關鍵的是，這種新型鋰金屬電池在現有的鋰離子電池工廠就成生產，這使得該技術擁有非常廣泛的應用前景。
未來應用
目前，該公司已經對外公佈了相關領域的應用規劃。在2017年，他們將把這種新型電池提供給智能手機和可穿戴廠商，在2018年，他們會提供新電池給電動汽車製造商。不過，最早於今年11月，他們打算將該技術首先提供給一些無人機制廠商。
胡啓朝表示：「目前有許多公司已經使用無人機和熱氣球，為眾多的發展中國家帶去了免費的網路接入服務，以及突發性災難事故的救助服務。我認為這是一件非常重要，也非常令人驕傲的事業，因此我們打算在今年11月，首先幫助這些企業改善電池的續航問題。」
將這一技術應用在電動汽車領域也著實令人充滿了期待。胡啓朝表示：「目前電動汽車默認的工業標準是每次充電後至少行駛200英里（約合320多公里）。我們的技術可以減少一半的電池尺寸和重量，同時保持相同的行駛里程，因此在保證電池體積不變的情況下，我們的技術可以讓未來的電動汽車在一次充電之後至少行駛400英里。」
在技術日新月異的今天，我們幾乎每天都能感受到這世界一些細微的變化，SolidEnergy Systems公司的這款新電池就是其中之一。憑借他們的這項技術，手機、可穿戴設備、電動汽車和無人機等所有用到充電電池的領域，未來都有可能產生更大的變革，我們對此充滿期待。
沒有留言:
張貼留言