鋰離子電池在電子產(chǎn)品中隨處可見。它是便攜電子設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的可充電電池之一，它擁有很高的能量密度，沒有記憶效應(yīng)，并且在閑置時(shí)也不會(huì)有太多的電量流失。除了消費(fèi)者受中的電子產(chǎn)品外，鋰離子電池也被廣泛用于軍事、電動(dòng)車和航空航天等。

最近，亞利桑那州立大學(xué)(ASU)的研究人員研發(fā)出了一種新的儲(chǔ)能技術(shù)，這種技術(shù)能極大地延長(zhǎng)電池的生命周期。

亞利桑那州立大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)系的DanButtry教授正與本科生TylanWatkins測(cè)試電池樣品

該小組的負(fù)責(zé)人是亞利桑那州立大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)系的DanButtry教授，這項(xiàng)工作的主要貢獻(xiàn)人還包括本科生JarredOlsen和研究生 TylanWatkins。Olsen在Buttry的小組中擔(dān)任本科生研究員一職，負(fù)責(zé)離子液體領(lǐng)域的工作。Olsen在這項(xiàng)研究中所做的工作是他在博爾德·埃奧尼克公司實(shí)習(xí)(BoulderIonics)中完成的，并且Olsen和Watkins在博爾德公司和亞利桑那州立大學(xué)中都是同事。

這項(xiàng)成果被發(fā)表在《自然通訊》上，參與的科學(xué)家來自：亞利桑那州立大學(xué)、科羅拉多博爾德大學(xué)、圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、博爾德·埃奧尼克公司和韓國(guó)首爾大學(xué)。

延長(zhǎng)電池壽命

離子液體在室溫下具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，它有著極高的熱穩(wěn)定性、較廣的電位窗和較低的蒸汽壓，因此它在近幾年引起了很多科研工作者的興趣。

“我們使用了一種叫做石英微量天平的設(shè)備，用來在電池材料表面的薄膜上測(cè)量其在充放電過程中的質(zhì)量變化。”Buttry介紹說。“鋰電池要想做得成功，關(guān)鍵之一就是開發(fā)出能夠保護(hù)電池電極的薄膜，這將極大地延長(zhǎng)了電池的壽命。這項(xiàng)研究改進(jìn)了這種薄膜的制備方式，并使得制成的鋰電池比現(xiàn)在的鋰電池?fù)碛懈嗟膬?yōu)良性質(zhì)。”

Buttry接著補(bǔ)充道：“我們希望這種新的電池配方能夠成功地進(jìn)入市場(chǎng)。”

這項(xiàng)成果只是Buttry的實(shí)驗(yàn)室所取得的成就中的一部分。Buttry的實(shí)驗(yàn)室之前由能源先進(jìn)研究計(jì)劃署提供資金支持，現(xiàn)在由陸軍研究辦公室資助。

“上面提到的測(cè)量薄膜質(zhì)量變化的工作并不容易，因?yàn)橛檬⑽⒘刻炱絹矸Q量復(fù)合薄膜(高分子基底中的活性材料薄膜)是非常困難的。”Watkins說道。“除此之外，更加關(guān)鍵的是關(guān)于石英微量天平怎么來測(cè)量活性材料表面薄膜的質(zhì)量的研究是非常少的，這意味著我們必須使用一種針對(duì)這種情況的沉積方法。幸運(yùn)的是，我們成功地制備出了這種很有使用價(jià)值的薄膜，或許有一天你能在市場(chǎng)上的電池中看見它。”

這一成果為硅基材料接觸到離子溶液時(shí)的界面穩(wěn)定性研究提供了新的科學(xué)依據(jù)。

通過將高性能的硅電極放在室溫下含有新制雙氟磺酰亞胺離子的溶液電解質(zhì)中，研究人員制備出了具有高能量密度和超長(zhǎng)壽命的鋰離子電池，能夠在保持75%電池容量的情況完成超過500次充/放電周期，并且其電流效率近乎完美。

“這項(xiàng)研究清楚說明了能量?jī)?chǔ)存技術(shù)還有很大的研究空間，在不久的將來，新的技術(shù)變革將會(huì)出現(xiàn)，”Buttry這樣說道。“考慮清楚需要蓄能的場(chǎng)所在哪里是非常重要，比如說是柵極儲(chǔ)能還是用于電動(dòng)汽車的電池儲(chǔ)能。”

根據(jù)從Watkins處了解到的信息，現(xiàn)代社會(huì)急需更高能量密度的電池的原因是多方面的。

“硅電極曾一度被認(rèn)為是碳電極的最有可能的替代方案，因?yàn)楣桦姌O目前的電池負(fù)極相比能提高能量密度達(dá)近10倍，”Watkins介紹說。“這次激動(dòng)人心的合作取得的成果讓我們更近了一步，離研發(fā)出硅電極的高能量密度電池不遠(yuǎn)了。”