锂电潜力已开拓至极限？天下必要一场新电池革命

当电池布满电并放电时，锂离子在两个电极之间舞动，偶然它们很难返回。相反，尤其是当电池充电太快时，它们会在电极的表面聚积，逐渐形成树枝状的分支，就像窟窿顶部的钟乳石。最终，这些看起来像窗玻璃上结了霜的树突，可以通过电解质一起延长，穿透隔阂，并通过触碰扑面的电极发生短路。

跟着各层之间的间隔越来越近，这种风险就会增进，堕落的也许性也会随之增进。正如三星客岁发明的那样，堕落也许会造成侵害，价钱相等奋发。细小的制造缺陷曾导致Galaxy Note 7手机电池内部短路。在某些装备上，阳极和阴极最终互相打仗，这起劫难性的召回变乱预计导致三星丧失了34亿欧元。Ionic Materials公司的齐默尔曼表明道：“当这种环境产生时，电池会变得很是热，液体电解质会产生热逃逸，最终引生气灾和爆炸。”

由于这种环境很是伤害，现实上锂离子电池中没有那么多锂，仅为百分之二阁下。但假若有一种要领可以安详地把纯金属锂从金属钴氧化物笼子里开释出来，就像惠廷汉姆在20世纪70年月实行的那样，也许会带来增进十倍的能量密度。这被称为电池研究的“圣杯”，齐默尔曼也许发明白它。

他以为电解质现实上是增进电池能量密度的最大障碍。人们已经逐渐不再行使浸在液体电解质中的物质，而是行使凝胶和聚合物，但它们凡是如故是易燃的，并且对阻止快速的热逃逸进程毫无辅佐。齐默尔曼本身认可，他不是一个“电池控”。他主修的专业是原料科学，尤其是聚合物，他在贝尔尝试室和塔夫茨大学任教了14年，之后才开始创业。

21世纪初，齐默尔曼开始对可充电电池发生乐趣。其时，有些人在全力从液态电解质转向固态电解质。资深储能科学家唐纳德·海格特（Donald Highgate）表明说：“原则上，由于固态电解质电池更安详，你可以让它更全力事变。同样的应用措施，你可以行使更小的电池。”但它们大多是陶瓷或玻璃成品，因此很脆，很难大局限出产。”

塑料已经在电池中被用于断绝器，即位于电解质中间以阻止电极打仗的部门。齐默尔曼以为，假如他能找到吻合的原料，他就可以丢弃液体电解质和疏散器，取而代之的是一层固体塑料，这层塑料是可以防火的，并且还可以防备在两层之间发展树突。通过Ionic Materials，齐默尔曼用一种全新的传导机制缔造了一种聚合物，它仿照了电子穿过金属的方法。这是第一个能在室温下导电锂离子的固态聚合物。原料是机动的，低本钱的，经得起各类百般的检验。

在一次尝试中，他妹浇榄原料送到了弹道学尝试室，哪里凡是被用来测试防弹背心，并用9mm的子弹来射击它。两根电线将电池（扁平的银袋子）毗连到三星平板电脑上，后者的电源被警惕移除。子弹击中后，电池就像火山一样炸开了。在慢镜头里，可以看到塑料和金属从火山口喷出，就像熔岩。但电池内部没有发作，没有爆炸或起火。每次碰撞，装备都保持开启状态。齐默尔曼说:“我们一向以为聚合物会使它更安详，我们从来没有指望电池还能继承事变。”

据齐默尔曼说，这种聚合物将敦促锂金属的成长，并加快回收新的电池化学物质，如锂-硫或锂-氛围。但久远的将来也许不可是锂。曼彻斯特大学的研究员刘旭清暗示:“这种改造不能与装备机能的改造速率相匹配，我们必要一场革命。”

在牛津郡复杂的哈韦尔科学与创新园区，也就是约翰·古德诺夫(John Goodenough)签定协议公布放弃他在锂离子规模取得重大打破专利的处所，史蒂芬·沃勒（Stephen Voller）举着一块与饮料杯巨细和外形相似的碳纤维。沃勒是一位平和可亲的曼城球迷，年近50岁。在加盟首个赏识器品牌网景（Netscape）公司之前，他曾在IBM接受软件工程师。在公司被AOL收购后，沃勒对条记本电脑电池续航时刻的限定越来越感想扫兴，于是抉择采纳些法子。

沃勒的第一个设法是行使氢燃料电池来延迟电池巡航时刻，但它的颠簸性证明是便携式电子产物无法降服的挑衅。他说:“让氢气通过机场安检是相等坚苦的。”然后，通过牛津大学的熟人，沃勒传闻了一些令人欢快的研究，包罗机能更像超等电容器的极快充电原料。当电池以化学方法储存能量时，超等电容器却可将其置于电场中，就像气球上的静电网络一样。

超等电容器的题目在于，它们不能像电池一样储存那么多的能量，并且电量会很快泄暴露去。假如你不常常行使，锂离子电池的放电可一连2周，而超等电容器只能保持数小时。很多业内人士以为，将超等电容器与电池团结起来，也许对智妙手机和其他耗电的斲丧科技产物有利。海格特暗示，超等电容器可以被用来制造一、两分钟内就能布满电的殽杂手机，并且还可以作为备用的锂离子电池。他说:“假如你可以很是快速的充电，你可以把它放在感到圈上，在你搅拌咖啡的时辰充电。”

沃勒以为，他可以做得更好。2013年，他创建了ZapGo，该公司正在开拓碳基电池，其充电速率与超等电容器一样快，但充电时刻与锂离子电池差不多。到2017年11月，该公司的员工已增至22人，别离在哈韦尔的卢瑟福德阿普尔顿尝试室和北卡罗来纳州夏洛特的办公室事变。它的第一个斲丧电池将被用在本年年底推出的第三方产物上，包罗用于汽车的助推起动装置，以及充电时刻从8小时收缩至5分钟的电动滑板车。

沃勒手里拿着的那块碳纤维是一块电池，行使了固态电解质，不会着火。两个电极是由薄层铝制成的，上面包围着纳米布局的碳，用来增进外貌积。沃勒说：“你但愿它看起来像喜马拉雅山。”尽量在显微镜下，它更像是都市天涯线的外观。ZapGo技能的要害在于进步服从和镌汰泄电量，首要是通过确保电解液无缝地与上面的碳天涯线相相符，就像尼龙搭扣一样。

碳基电池的最大上风是长命。由于ZapGo的电池存储更像气球，而不是传统的电池。正如沃勒所说“没有化学回响”，他声称新电池可以一连10万个放电周期，这是锂离子电池的100倍。纵然天天给手机充电，也可以行使30年。今朝的第三代ZapGo电池还没有强盛到可以运行智妙手机的境地，但因为行使的原料没有提供增进电压的障碍，沃勒估量这种电池将在2022年，也就是“iPhone 15前后”投入应用。

（编辑：湖南网）

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