美國能源部太平洋西北國家實驗室的科學(xué)家開發(fā)出一種新型電解質(zhì)，不但能解決鋰離子電池短路起火問題，還能大幅提高電池效能和使用壽命。研究人員稱，該發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致更加強(qiáng)大而實用的下一代可充電電池，如鋰硫、鋰空氣和鋰金屬電池等。相關(guān)論文發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

目前大多數(shù)的可充電電池都是鋰離子電池，其陽極由鋰或其他材料制成，陰極通常由石墨制成。當(dāng)電池被連通后，電子在兩極之間的流動就會產(chǎn)生電流。為了控制電子，帶有正電荷的鋰離子會經(jīng)由電解質(zhì)從一極到另一極。但是石墨儲能能力較低，這限制了鋰離子電池的容量。于是在20世紀(jì)70年代時，人們開發(fā)出了基于鋰陰極的充電電池。之所以選擇鋰，是因為它具有比石墨多10倍以上的儲能容量。但問題是，這會導(dǎo)致微觀上出現(xiàn)樹突狀鋰枝晶生長，從而使電池出現(xiàn)短路故障。多年來許多人都試圖解決這一問題。

有科學(xué)家們采用了具有保護(hù)涂層的陽極材料，而其他一些人則制造出了電解質(zhì)添加劑。一些解決方案的確消除了樹突，但同時也導(dǎo)致電池功率和電量的大幅縮減。還有其他一些解決方法只能減緩這一現(xiàn)象的發(fā)生，卻無法讓樹突停止生長。

物理學(xué)家組織網(wǎng)2月25日報道稱，由美國能源部太平洋西北國家實驗室研制出的這種新型電解質(zhì)不但能完美解決樹突問題，還能幫助鋰離子電池發(fā)揮99%的效能，將其單位面積的能量密度提高10倍以上。

負(fù)責(zé)這項研究的太平洋西北國家實驗室物理學(xué)家張繼光（音譯）說，今天廣泛應(yīng)用的可充電鋰離子電池的容量正在接近其峰值，應(yīng)該對以鋰為陽極的設(shè)計進(jìn)行重新審視。基于此前的研究，張繼光和他的同事決定用含有大量鋰雙（氟磺酰）的亞胺鹽作為新型電池的電解質(zhì)。此外，他們還加入了一種被稱為二甲氧基乙烷的物質(zhì)。

研究人員制造了一個圓形的測試電池。在電池中使用新的電解質(zhì)和鋰陽極。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋰陽極的存在只產(chǎn)生了一些平滑的鋰節(jié)點(diǎn)而沒有出現(xiàn)大量的纖維狀樹突。經(jīng)過1000次充電放電循環(huán)后，測試電池的電量仍為初始值的98.4%，能量密度保持在4毫安每平方厘米。

這種新的電解質(zhì)非常高效，同時也提供了一種新的可能性。今天電池的陰極實質(zhì)上是由涂有石墨或鋰等活性材料的薄金屬片制成的。這個金屬薄片被稱為集電體，因為我們的手機(jī)等用電器正是通過它來獲取電流的。之所以需要在上面涂覆活性材料，是因為迄今為止，大多數(shù)電解質(zhì)在電池工作的過程中都會消耗鋰離子。但是超過99%效率的電解質(zhì)意味著可能創(chuàng)造出一種只有負(fù)集電體而沒有活性材料涂覆的陰極。這有望大幅減少電池的生產(chǎn)成本和其尺寸，也將顯著提高這些電池的安全性。

研究人員正在評估各種添加劑，以進(jìn)一步提高電解質(zhì)的性能，使鋰離子電池達(dá)到99.9%以上的效率。（王小龍）