想象一下如下場景:你用手機中的gps搜尋附近評價較高的咖啡館.到了咖啡館,在排隊間歇,你用手機來自拍,并分享到社交網絡.開始品嘗到手的拿鐵時,你的眼睛可能又會盯著手機播放的電影.

上述場景對很多人來說都不陌生,但其存在的前提則是手機電池一直有電.

其實,電池一直是制約智能手機發展的瓶頸之一.并且,除了智能手機,太陽能電站、風電場也深受電池技術限制.這些場所亟需廉價、耐用且電量高的電池來存儲電能.

"電池幾乎成為了所有用電設備的'軟肋'."美國科羅拉多州立大學化學家amyprieto說.

為此,她成立了一家專門研制電能存儲設備的公司.該公司將推出一款比現有鋰離子電池更安全、更廉價、充電更快并且對環境更為友好的新型電池——發泡銅電池.

目前市面上的電池存在售價高、易發熱、壽命短且制造過程會污染環境等一系列缺點.但在amyprieto看來,其中有兩個缺點最為重要:能量密度低和功率密度低.

她解釋說,前者指傳統電池在現有體積的前提下,很難保證智能手機擁有兩天以上的續航時間;后者則指電池充電時間長達數小時,而不是幾分鐘.

amyprieto團隊通過重新設計一系列電池組件,如銅銻化物負極和聚合物電解質材料等來解決上述問題.其中,最為重要的設計是,該團隊利用一種發泡金屬——發泡銅來充當電池負極上的集流體(即將負責電池活性物質產生的電流匯集起來以便形成較大的電流對外輸出的部件).

amyprieto說,相比平面電極,發泡銅材料因具有較大的表面積,可以顯著提升電池的能量密度和功率密度.

"而且這種器件還比較容易制造."amyprieto介紹,他們先在發泡銅材料上鍍上由銅銻化物材料制成的負極.然后,將負極放置到特定溶液中,讓固體電解質在電化學聚合反應的作用下,沉積到負極上面.最后,研究人員用一張鋁網作為電池陽極,制作成電池.

amyprieto估計這種電池的制造成本僅為傳統鋰離子電池成本的一半.同時,在擁有同樣的電量的前提下,其體積僅為傳統電池的三分之二,且充電時間縮短為五到十分之一,壽命卻增加了十倍.

更為重要的是,這種新型電池還具有更為安全和環保的特性.首先,固體電解質的自燃風險要比液體電解質小得多.另外,在整個制造過程中,該團隊選擇水而不是其他化學物質來作為基本反應物."之前我認為這是不可能的,但至少目前來看,用水的效果很好."amyprieto說.