電子產品以驚人地發展速度統治了現代生活，但產品的充電問題正減緩這一速度。從智能手機、筆記本電腦到特斯拉以及從1991年起售的波音787飛機，鋰離子電池應用在所有的電子設備中。它們的性能有所提升，但相比于智能數碼產品的更新換代，鋰離子電池要僅是一點點令人驚奇的元素：鋰

斯坦福大學崔屹博士。

與普通電池類似，鋰離子電池包含了兩個電極（正極和負極），并由電解液將其分開。在一個典型的鋰離子手機中，正極由石墨做成，負極則由鈷酸鋰組成，電解質是鋰鹽和有機溶劑混合物。充電時，電池驅動帶正電的鋰離子電解質到帶負電荷的正極,并累計。電池在使用時，電子又按原路返回到電池的負極中。

整個過程中還會出現熱量，這部分熱量大多數情況下會消散。但電池充電太久可以形成細長的鋰樹突,或結晶,這會導致在正極短路。短路的故障也會出現在其他材料制成的電池中。這就會引發“熱失控”和偶爾的火災。這就是波音787在2013年早期禁飛的原因，也是許多手提電腦和智能手機被召回的原因。

除了這一風險，有關許多科學家而言，最終目標是商業化生產本身能包含更多鋰正極的電池。鋰金屬正極擁有比其他材料更高的能量儲蓄能力，因為鋰是最密集的金屬元素，并擁有最大的功率重量比。斯坦福大學崔屹博士估算，擁有鋰正極和硫負極（硫同時具有很高的能量儲存能力）的電池比目前的鋰離子電池效能高5倍，重量更輕。

最大的障礙是鋰元素的高化學反應：它屬于堿金屬一類，含有鈉和鉀，是導致許多化學災難發生的“明星”。將鋰正極裝入電池，開始充電后，鋰會迅速擴散，盡可能多的搶占離子聚集的空間（其他材料的正極材料擴散時，并沒有像鋰這樣）。鋰正極也會轉換成鋰樹突，形成類似苔狀的東西。情況好的話，這些僅僅會減弱效率，運氣差的話，就會引發火災。

崔博士和他的團隊，包括諾貝爾物理學獎得主、美國前能源部長朱棣文，相信他們能找到減少危險發生的方法。一種方法是將鋰正極做成比人類頭發還細5000倍的“碳團簇”薄膜。這樣的碳膜不會和鋰反應或者電解質反應。同時又擁有非常強大的效能和靈活性，使其能夠隨著鋰擴張和收縮。鋰離子可以進入正極，但電池好像這層薄膜沒有存在相同，這就可以防止它形成樹突(比離子大成千上萬倍)。

每次一個原子

最新的研究發現，可以使用最新的二維材料，換句話說，由一個原子層覆蓋鋰正極。他們選擇的材料是分層的二維六角氮化硼或石墨烯。但二維材料也存在一個缺陷，卻是以一種好的方式：當它使用時，微小原子使表面形成裂縫，從而讓鋰離子能夠通過，但卻能攔截可怕的樹突。

這兩種方法，連同斯坦福大學其他研究團隊目前還不會公布，但已經進行了多年。當充電電池可商業化時，必須具備充電效率（電能存儲的百分比在充電,放電時可恢復）超過99.9%，并有更長的充電和放電時間。今天，崔博士的“碳團簇”薄膜能達到99.6%的效率，而它的二維電池效率則在97%左右，使用周期長。想要獲得最后的幾個百分點要時間，但崔博士有信心，他稱有希望能量產這類電池。

那些嘲笑這些研究的應該考慮崔博士的記錄。他與安普瑞斯合作，開始創業，硅陽極電池工作,已從幾大風險投資公司處獲得6000萬美元資金，包括谷歌主席埃里克施密特。假如崔博士的研究取得成功,他預計,可能會并入安普瑞斯。或者,他若有所思地說,“我們可能會重新啟動。”

美國安普瑞斯(Amprius)公司是世界領先的先進儲能材料的開拓者，也是新型鋰離子電池材料和鋰離子電池的開發和制造商。安普瑞斯的技術來源于美國斯坦福大學(Stanford)。（王心馨編譯）