網(wǎng)易科技訊 8月7日消息，據(jù)連線雜志報道，從智能手機到筆記本電腦，從電動汽車到電子煙，鋰離子電池正為各種各樣的電子產(chǎn)品提供動力。但是，隨著鋰的潛力被開發(fā)至極致，研究人員正在努力尋找下一個電池突破點。

　　如果你在智能手機上閱讀這篇文章，這意味著你正拿著一顆“炸彈”。在防護屏下，鋰（一種非常易揮發(fā)的金屬，一旦與水接觸就會被點燃）的化合物正在被分解，并在強大的化學(xué)反應(yīng)中重新構(gòu)建，這種化學(xué)反應(yīng)為現(xiàn)代世界提供了不可或缺的動力。

　　鋰正被應(yīng)用在手機、平板電腦、筆記本電腦以及智能手表中，并且存在于我們的電子煙和電動汽車上。它身輕體軟，且屬于能量密集型物質(zhì)，這使它成為便攜式電子產(chǎn)品的完美動力之源。但是，隨著消費技術(shù)變得越來越強大，鋰離子電池技術(shù)卻始終難以跟上步伐。現(xiàn)在，就在全世界都對鋰上癮之際，科學(xué)家們正爭相重新發(fā)明為世界提供動力的電池。

　　巨大的發(fā)光屏幕、更快的處理速度、快速的數(shù)據(jù)連接以及輕薄的設(shè)計時尚，這些都意味著許多智能手機的電量很難支持使用一整天。有時候，手機用戶甚至要多次充電。在使用兩年后，很多設(shè)備的電池續(xù)航時間都會急劇縮短，不得不被扔進垃圾堆。鋰的巨大優(yōu)勢也是它最大的弱點。它是不穩(wěn)定的，可能會爆炸。鋰離子筆記本電腦電池的能量與手榴彈相差無幾。Ionic Materials創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官邁克·齊默爾曼(Mike Zimmerman)說：“口袋里有部智能手機就像口袋里揣著煤油一樣?！?/P>

　　齊默爾曼在他位于美國馬薩諸塞州沃本（Woburn）的公司研究實驗室，親眼目睹了這種燃燒效果。在一項實驗中，一臺機器通過電池組驅(qū)動釘子，電池組迅速膨脹，就像微波爐里的爆米花一樣，然后發(fā)出明亮的閃光。過去50年的電池研究始終在性能和安全性之間走鋼絲，即在不把鋰推向極端的情況下，盡可能多地擠出能量。

　　我們現(xiàn)在也在這樣做。據(jù)預(yù)測，到2022年，全球的電池市場規(guī)模將達到250億美元。但消費者認為，在一項又一項的調(diào)查中，電池續(xù)航時間是智能手機最受關(guān)注的功能。隨著未來十年能耗更高的5G網(wǎng)絡(luò)普及，問題只會越來越嚴重。而對于那些能夠解決問題的人來說，他們將會得到巨大的回報。

　　Ionic Materials公司只是數(shù)十家公司中的一員，它們正在進行從根本上重新思考電池問題的史詩競賽。不過，這場競賽被錯誤的開端、痛苦的訴訟以及失敗的初創(chuàng)公司所困擾。但在經(jīng)過十年的緩慢發(fā)展之后，希望仍在。世界各地的初創(chuàng)企業(yè)、大學(xué)和資金雄厚的國家實驗室的科學(xué)家們，正在使用復(fù)雜的工具尋找新材料。他們似乎即將大幅提高智能手機電池的能量密度和續(xù)航時間，并創(chuàng)造更環(huán)保、更安全的設(shè)備，這些設(shè)備將在幾秒鐘內(nèi)完成充電，并足夠持續(xù)全天使用。

　　電池通過分解化學(xué)物質(zhì)來發(fā)電。自從1799年意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·沃爾塔(Alessandro Volta)發(fā)明了電池，用來解決關(guān)于青蛙的爭論以來，每塊電池都有相同的關(guān)鍵部件：兩個金屬電極——帶負電的陽極和帶正電的陰極，由被稱為電解質(zhì)的物質(zhì)隔開。當電池連接到電路時，陽極中的金屬原子會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它們失去一個電子，變成帶正電荷的離子，并通過電解質(zhì)被吸引到正極。與此同時，電子（也帶負電荷）則會流向陰極。但是它并沒有通過電解質(zhì)，而是通過電路在電池的外部傳播，為它連接的設(shè)備供電。

　　陽極上的金屬原子最終會耗盡，此時意味著電池耗盡電量。但在可充電電池中，可以通過充電來逆轉(zhuǎn)這一過程，從而迫使離子和電子回到原位，準備再次啟動循環(huán)之旅。純金屬制成的電極無法承受原子不斷進出的壓力而不發(fā)生坍縮，因此可充電電池必須使用組合材料，使陽極和陰極通過重復(fù)的充電循環(huán)保持形狀。這種結(jié)構(gòu)可被比作公寓建筑，其中有用于反應(yīng)性元素的“房間”?？沙潆婋姵氐男阅茉诤艽蟪潭壬先Q于你能以多快的速度在這些房間里進出，而不會導(dǎo)致建筑物倒塌。

　　1977年，年輕的英國科學(xué)家斯坦·惠廷漢姆(Stan Whittingham)在新澤西州林登(Linden)的?？松?Exxon)工廠工作，他建造了一個陽極，用鋁來形成“公寓街區(qū)的墻壁和地板”，用鋰作為活性材料。當他給電池充電時，鋰離子從陰極移動到陽極，在鋁原子之間的空隙中沉淀。當放電時，他們向另一個方向移動，通過電解質(zhì)回到陰極一側(cè)的空間。

　　惠廷漢姆發(fā)明了世界上第一個可充電的鋰電池，這種硬幣大小的電池足以為太陽能手表提供動力。但當他試圖增加電壓（使更多離子進出）或試圖制造更大的電池時，它們就會繼續(xù)燃燒。1980年，在牛津大學(xué)工作的美國物理學(xué)家約翰·古德諾夫(John Goodenough)取得了突破。古德諾夫是一名基督徒，曾在第二次世界大戰(zhàn)中擔任美國陸軍氣象學(xué)家，他也是金屬氧化物方面的專家。他懷疑，與惠廷漢姆使用的鋁化合物相比，肯定有某種物質(zhì)能為鋰提供更堅固的牢籠。

　　古德諾夫指導(dǎo)兩名博士后研究人員系統(tǒng)性地在周期表中摸索，用不同的金屬氧化物對鋰進行比對，看看在它們崩潰前能從其中抽出多少鋰。最終，他們確定了鋰和鈷的混合物，后者是遍布非洲中部的藍灰色金屬。鋰鈷氧化物可以承受半數(shù)鋰被拉出的極限。當它被用作陰極時，這代表了電池技術(shù)向前邁出了一大步。鈷是一種更輕便、廉價的材料，既適用于小型設(shè)備也適用于大型設(shè)備，而且大大優(yōu)于市場上的其他材料。

　　如今，古德諾夫的陰極幾乎出現(xiàn)在地球上的所有掌上設(shè)備中，但他并沒有從中賺到一分錢。牛津大學(xué)拒絕申請專利，他本人也放棄了這項權(quán)利。但它改變了可能發(fā)生的事情。1991年，經(jīng)過10年的修修補補，索尼將古德諾夫的鋰鈷氧化物陰極與碳陽極結(jié)合在一起，試圖改善其新型CCD-TR1攝像機的電池續(xù)航時間。這是第一款用于消費產(chǎn)品的可充電鋰離子電池，它改變了整個世界。　　

中國浙江省金華市坎迪工廠的生產(chǎn)線上，可以鳥瞰無數(shù)電動汽車