由斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組開發(fā)了可充電電池，其可儲存的電量是目前市售電池的6倍。

8月25日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇新論文中詳細(xì)介紹了這一進(jìn)展，它可以加速可充電電池的使用，并使電池研究人員更接近于實現(xiàn)其領(lǐng)域的兩個最高目標(biāo)：創(chuàng)造一種高性能的可充電電池，它可以使手機(jī)每周只需充電一次，而電動汽車的行駛距離可以達(dá)到之前的6倍。

一種由原型可充電電池供電的LED燈，該電池使用斯坦福大學(xué)研究人員最近開發(fā)的鈉-氯化學(xué)物質(zhì)。：朱廣州

由斯坦福大學(xué)化學(xué)教授戴宏杰和博士研究生朱冠洲領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)的所謂堿金屬氯電池，依賴于氯化鈉（Na/Cl2）或氯化鈉的來回化學(xué)轉(zhuǎn)化。氯化鋰(Li/Cl2)到氯。

當(dāng)電子從可充電電池的一側(cè)移動到另一側(cè)時，充電會將化學(xué)物質(zhì)恢復(fù)到其原始狀態(tài)以等待再次使用。不可充電電池沒有這樣的運氣。一旦排干，它們的化學(xué)作用就無法恢復(fù)。

“可充電電池有點像搖椅。它會朝一個方向傾斜，但當(dāng)你加電時又會搖擺不定，”戴解釋說：“我們這里有一把高搖椅。”

至今還沒有人研制出高性能可充電鈉-氯或鋰-氯電池的原因是氯的反應(yīng)性太強(qiáng)，難以高效地轉(zhuǎn)化回氯化物。在少數(shù)其他人能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的可充電性的情況下，電池性能被證明很差。

事實上，戴和朱根本沒有打算制造可充電的鈉和鋰氯電池，而只是為了使用亞硫酰氯改進(jìn)現(xiàn)有的電池技術(shù)。這種化學(xué)物質(zhì)是鋰亞硫酰氯電池的主要成分之一，鋰亞硫酰氯電池是1970年代首次發(fā)明的一種流行的一次性電池。

但在他們早期的一項涉及氯和氯化鈉的實驗中，斯坦福大學(xué)的研究人員注意到，一種化學(xué)物質(zhì)向另一種化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以某種方式穩(wěn)定下來，從而產(chǎn)生了一些可充電性。

“我不認(rèn)為這是可能的，”戴說：“我們至少花了一年時間才真正意識到發(fā)生了什么。”

在接下來的幾年里，該團(tuán)隊闡明了可逆化學(xué)物質(zhì)，并通過對電池正極的許多不同材料進(jìn)行試驗，尋找提高其效率的方法。當(dāng)他們使用來自國立中正大學(xué)的合作者李元耀教授和他的學(xué)生戴洪俊教授的先進(jìn)多孔碳材料形成電極時，取得了重大突破。碳材料具有納米球結(jié)構(gòu)，充滿許多超細(xì)孔。

在實踐中，這些空心球就像一塊海綿，吸收了大量原本敏感的氯分子，并將它們儲存起來，以便稍后在微孔內(nèi)轉(zhuǎn)化為鹽。

“當(dāng)電池充電時，氯分子被困在碳納米球的微孔中并受到保護(hù)，”朱解釋說：“然后，當(dāng)電池需要排空或放電時，我們可以將電池放電并將氯轉(zhuǎn)化為NaCl——食鹽——并在多次循環(huán)中重復(fù)這個過程。我們目前最多可以循環(huán)200次，但仍有改進(jìn)的空間.”

結(jié)果是朝著電池設(shè)計的黃銅環(huán)邁進(jìn)了一步——高能量密度。迄今為止，研究人員已經(jīng)實現(xiàn)了每克正極材料1,200毫安時，而如今商用鋰離子電池的容量高達(dá)每克200毫安時。

“我們的容量至少高出六倍，”朱說。

研究人員設(shè)想他們的電池有一天會用于頻繁充電不切實際或不可取的情況，例如衛(wèi)星或遠(yuǎn)程傳感器。許多其他可用的衛(wèi)星現(xiàn)在都漂浮在軌道上，由于電池沒電而過時了。配備長壽命可充電電池的未來衛(wèi)星可以配備太陽能充電器，從而多次擴(kuò)展其實用性。

不過就目前而言，他們開發(fā)的工作原型可能仍適用于小型日常電子產(chǎn)品，如助聽器或遙控器。對于消費電子產(chǎn)品或電動汽車，在設(shè)計電池結(jié)構(gòu)、增加能量密度、擴(kuò)大電池規(guī)模和增加循環(huán)次數(shù)方面還有很多工作要做。