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，選用更輕薄小巧的元器件，這在很大程度上左右着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近日報道，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啟朝（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侷限性。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，有可能點燃電解質併產生爆炸。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，他們在鋰金屬表面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。
胡啟朝表示：“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互聯網接入服務，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着實令人充滿了期待。胡啟朝表示：“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。憑藉他們的這項技術，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。
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資料來源：雷鋒網作者/編輯：恆亮
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