想象一下，手機(jī)或筆記本電腦在幾周內(nèi)都不用充電是多么愜意的事情。這不僅是消費(fèi)者的美好愿景，也是研究人員一直在努力達(dá)成的目標(biāo)。他們希望用更先進(jìn)的電池替代目前廣泛使用的鋰電池。《科學(xué)》（Science）雜志12月7日?qǐng)?bào)道，加州理工學(xué)院、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、本田研究所和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員，采用一種新的方式制造的氟離子可充電電池或許將成為制造超長(zhǎng)續(xù)航電子設(shè)備的關(guān)鍵。

論文合著者、2005年諾貝爾化學(xué)將得主、加州理工學(xué)院化學(xué)系教授維克托阿特金斯(Victor Atkins)說：“氟化物電池具有更高的能量密度，這使它們的使用壽命可能長(zhǎng)達(dá)現(xiàn)有電池的8倍。然而，氟化物的處理很棘手，它的腐蝕性和活性實(shí)在太強(qiáng)了。”

早在20世紀(jì)70年代，研究人員就曾試圖利用固體元件制造可充電氟化物電池，但這種固態(tài)電池只能在高溫下工作，使用局限性太大。阿特金斯等制造的氟電池是由液體元件驅(qū)動(dòng)的，可以在室溫下工作。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室化學(xué)家、論文通訊作者西蒙瓊斯(Simon Jones)表示：“雖然我們的研究還處于萌芽階段，但這確實(shí)是第一個(gè)可以在室溫條件下工作的可充電氟化物電池。”

電池由正、負(fù)極之間流動(dòng)的帶電原子(或離子)驅(qū)動(dòng)電流。在室溫下，電極工作液的存在使流動(dòng)過程更容易進(jìn)行。在鋰離子電池中，鋰在電解質(zhì)的幫助下，在電極之間順利流動(dòng)。加州理工學(xué)院化學(xué)系教授、論文合著者托馬斯米勒(Thomas Miller)解釋說：“電池的重復(fù)充放電過程就像把一個(gè)球推上山坡，然后再讓它滾山腳，如此循環(huán)。在循環(huán)過程中，能量在儲(chǔ)存和使用之間來回轉(zhuǎn)換。”

鋰電池中的鋰離子為陽離子，新研究中使用的是氟陰離子。在電池中使用陰離子既面臨挑戰(zhàn)，也有很多優(yōu)點(diǎn)。瓊斯說：“要想讓電池的使用時(shí)間更長(zhǎng)，需要移動(dòng)更多的電荷。移動(dòng)多電荷的金屬陽離子很困難，但移動(dòng)幾個(gè)單電荷的陰離子卻相對(duì)容易，并且效果是類似的。這個(gè)方案的挑戰(zhàn)是讓系統(tǒng)能在可用電壓下工作。而我們證實(shí)了氟化物可以在足夠高的電壓下工作。”

使氟化物電池可以液體中工作的關(guān)鍵在于基于二(2,2,2-三氟乙基)醚(BTFE)的電解質(zhì)液體——BTFE有助于穩(wěn)定氟離子，使其在正負(fù)極間正常流動(dòng)。瓊斯說，時(shí)為他實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)生的維多利亞戴維斯(Victoria Davis)是首個(gè)嘗試在氟電池中使用BTFE的人。盡管瓊斯對(duì)這個(gè)方案并不抱有多大希望，但最終的結(jié)果卻讓他們大吃一驚。瓊斯向米勒尋求幫助，以解釋BTFE有效的原因。米勒?qǐng)F(tuán)隊(duì)隨即對(duì)這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬并找到了答案。在此基礎(chǔ)上，研究人員對(duì)BTFE溶液進(jìn)行了調(diào)整，以提高其性能和穩(wěn)定性。瓊斯說：“我們正在開發(fā)一種制造更耐用電池的新方法。氟電池正在卷土重來。”