史丹福大學引領的一項研究實現了鋰金屬電池的突破,不僅顯著延長了充放電壽命,更重要的是去除了其爆炸的風險。

鋰電池主要有鋰金屬電池和鋰離子電池兩種。前者輕巧但壽命短且有起火風險,一般用於電子設備;後者耐用可靠但較笨重,常用於電動汽車。

鋰金屬電池在使用一段時間後,內部難免發生一些類似副作用的化學反應,導致電池的正極附近生成一些像神經樹突一樣的毛刺。它們往往穿破電池正負極之間的隔層,造成電池短路起火。而鋰離子電池很少出現這樣的問題。

這項新研究給鋰金屬電池正極加了一種鍍層,可有效阻止樹突結構的生成和化學成份的堆積,顯著降低了鋰金屬電池爆炸起火的風險。

主要研究員包哲南(Zhenan Bao,音譯)說:「我們解決了鋰金屬電池最大的障礙。」

從單位重量的電池所提供的電力來看,每磅鋰金屬電池可提供的電力比鋰離子電池多三分之一,因為鋰金屬電池的正極使用鋰,而不是重得多的石墨。

合作研究者崔毅(Yi Cui,音譯)說,一旦鋰金屬電池的壽命和可靠性得到改進,在便攜式電子產品、手提電腦方面將有更廣泛的應用,然而真正大塊的利潤空間在於電動車領域。鋰電池每年商業利潤可高達300億美元。

目前電動汽車四分之一的電力用於移動電池本身的重量。

另一位研究員大衛麥卡尼奇(David Mackanic)說:「傳統鋰離子電池的能力基本已經到頂了。所以要滿足現代電子設備更大的電力需求,必須得開發新型電池。」

他們的實驗顯示,新型鋰金屬電池在充放電160次後,還能儲存第一輪的85%的電力;而普通鋰金屬電池即使可以「倖存」這麼多次充放電周期沒有發生爆炸,也只剩30%的儲電能力。這一研究組還在改進塗層技術,提高電力保有率和實現更多的充放電次數。

崔毅表示,雖然作為汽車電池是其最終目標,但在此之前應用於電子設備來展示其安全性也很重要。

這份研究8月26日發表在《細胞》(Cell)子刊《焦耳》(Joule)上。◇