能量小球：透射電子顯微鏡拍攝的氧化鈦（淺色）和硫（深色）的納米結構。

一些最有前途的電池成分理論上可以儲存比現有鋰離子電池多幾倍的能量，價格卻要低很多。但是它們都有一個致命的缺陷：充不了很多次電就會失效。這一缺陷讓它們在包括電動汽車這樣的應用上沒有用處。現在，斯坦福的研究人員設計出新的納米結構，還可以極大地新增可充電的次數，足以滿足很多商業(yè)應用。

盡管之前的研究報道鋰硫電池可以充150次電，斯坦福的研究者已經給他們的電池了充了1000次電，并保持了很大的能源儲存容量。對某些電動汽車構型來說，這樣的電池可以堅持用上幾年。斯坦福大學材料科學和工程學教授崔屹說，這種電池的商業(yè)版本也許可以把鋰離子電池的容量新增大約一倍。電池在500次循環(huán)后還有81%的容量，循環(huán)1000次以后還有67%的容量。崔屹表示用在這種電池中的納米材料制造方法簡單，可以進行大規(guī)模生產制造。

這種納米結構解決了之前鋰硫電池的兩個問題。當鋰硫電池放電的時候，硫會和會鋰結合形成硫化鋰；當電池放電的時候，硫又會再次形成。但這個反應并不是直接進行的。很多名為多硫化物（polysulfides）的中間化合物也會形成。假如這些多硫化物流出電極之外，反應就不能完成，也就限制了電池可以儲存的電量。經過幾次充電循環(huán)以后，這些中間產物會積累起來，進一步降低電池容量。

一些研究者發(fā)現很多納米結構可以幫助把多硫化物限制在電極里。但這些設計在鋰硫電池中會遇到第二個問題。硫會膨脹，破壞納米結構，讓多硫化物逃逸出來。

研究者首先造出球形硫納米顆粒，并用氧化鈦外殼包裹它們。氧化鈦外殼的設計是為了固定住多硫化物，不讓它們離開電極。研究者隨后溶解了部分的硫，在外殼內部留出空間。這些空間可以讓硫在膨脹的時候不破壞氧化鈦外殼。

盡管這樣的材料對某些應用來說已經足夠好了，但是理想的電動汽車電池要在多至3000次充電循環(huán)以后還有80%的容量，也就是說在汽車的使用壽命里可以每天充一次電。為此研究者正繼續(xù)尋找新增充電次數和電池容量的方法。

研究團隊把他們的結果發(fā)表在了NatureCommunication雜志上。論文還討論了鋰金屬電池的一些安全性問題。（崔屹正研發(fā)一種新的電池物質硫化鋰，可以防止使用鋰金屬。）現在仍有很多研究和優(yōu)化工作要做。崔屹說。