全球各地的研究人員一直致力于尋求能夠比現(xiàn)在更小更輕的電池，這可能使電動汽車能夠進一步行駛或便攜式電子設(shè)備運行更長時間而無需充電。現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和中國的研究人員表示，他們已經(jīng)在這一領(lǐng)域取得了重大進展，推出了一種新型的鋰電池關(guān)鍵部件-正極。

該團隊將他們的概念描述為“混合”正極，因為它結(jié)合了以前使用的兩種不同方法的方面，一種是增加每磅能量輸出（重量能量密度），另一種是每升能量（體積能量）密度）。他們說，這種協(xié)同組合產(chǎn)生了一種既能提供兩者優(yōu)勢又能提供更多優(yōu)勢的產(chǎn)品。

這項工作今天在“自然能源”雜志上發(fā)表，該論文由麻省理工學(xué)院核科學(xué)與工程和材料科學(xué)與工程教授朱莉撰寫。薛偉江，麻省理工學(xué)院博士后;還有13個人。

今天的鋰離子電池傾向于使用由過渡金屬氧化物制成的正極（電池中的兩個電極之一），但是具有由硫制成的正極的電池被認為是減輕重量的有前途的替代品。今天，鋰硫電池的設(shè)計者面臨著權(quán)衡。

這種電池的正極通常以兩種方式之一制成，稱為插層類型或轉(zhuǎn)換類型。使用諸如鈷酸鋰之類的化合物的插層類型提供高體積能量密度-由于其高密度，每體積包裝大量沖頭。這些正極可以保持它們的結(jié)構(gòu)和尺寸，同時將鋰原子結(jié)合到它們的晶體結(jié)構(gòu)中。

另一種稱為轉(zhuǎn)換型的正極方法使用在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化的硫，甚至?xí)簳r溶解在電解質(zhì)中。“從理論上講，這些[電池]具有非常好的重量能量密度，”Li說。“但體積密度低，”部分原因是它們往往需要大量額外的材料，包括過量的電解質(zhì)和碳，用于提供導(dǎo)電性。

在他們的新混合系統(tǒng)中，研究人員已經(jīng)設(shè)法將這兩種方法結(jié)合到一個新的正極中，該正極結(jié)合了一種叫做Chevrel相的硫化鉬和純硫，它們共同提供了兩者的最佳方面。他們使用這兩種材料的顆粒并壓縮它們以制造固體正極。“它就像底漆和TNT一樣是爆炸性的，一種速效的，一種是每重量能量更高的一種，”Li說。

Li說，除了其他優(yōu)點之外，組合材料的導(dǎo)電性相對較高，因此減少了對碳的需求并降低了總體積。他說，典型的硫正極由20％至30％的碳組成，但新版本僅需要10％的碳。

使用新材料的凈效果是巨大的。今天的商用鋰離子電池的能量密度約為每千克250wh和每升700wh，而鋰硫電池最高可達每千克400瓦時，但每升只有400瓦時。Li說，新版本的初始版本尚未通過優(yōu)化過程，已經(jīng)達到每公斤超過360瓦時和每升581瓦時。就這些能量密度的組合而言，它可以擊敗鋰離子電池和鋰硫電池。

他說，通過進一步的工作，“我們認為我們可以達到每公斤400瓦時和每升700瓦時”，后者的數(shù)字與鋰離子相當。該團隊已經(jīng)比許多旨在開發(fā)大型電池原型的實驗室實驗更進一步：他們不再測試容量僅為幾毫安時的小型紐扣電池，而是生產(chǎn)了一種三層袋式電池（標準）用于電動車等產(chǎn)品的電池子單元，容量超過1,000毫安時。這與一些商用電池相當，表明新設(shè)備確實符合其預(yù)測的特性。

到目前為止，新電池在失去太多功率有用之前，在充電-放電循環(huán)次數(shù)方面無法滿足鋰離子電池的使用壽命。但這種限制“不是正極的問題”;它與整體電池設(shè)計有關(guān)，“我們正在努力，”Li說。即使在目前的早期形式中，“這對于一些小眾應(yīng)用也很有用，例如遠程無人機”，其中重量和體積都比長壽更重要。

“我認為這是一個新的研究領(lǐng)域，”Li說。