百年秘密破解！科学家重现爱迪生电动车电池设计

如今，电动汽车电池特别火，但很少有人知道托马斯·爱迪生是最早奠定基础的人之一。20世纪初那会儿，美国道路上的电动汽车数量甚至超过燃油汽车。多亏了爱迪生，铅酸汽车电池虽然略贵，却能让人们仅靠电池动力行驶约30英里。这位先驱意识到这个距离不够长也不够实用，他早有想法，决心搞定这个难题。就这么着，他冒出了做镍铁电池的想法。爱迪生承诺，这种电池续航里程可达100英里，充电时间为7小时，这在当时真是牛得不行。如今，一个研究团队将爱迪生的愿景变为了现实。

受爱迪生想法启发，由加州大学洛杉矶分校（UCLA）共同领导的一个国际研究团队正在开发镍铁电池技术，以储存太阳能发电场产生的能源。根据发表在《Small》期刊上的研究，该原型电池可在几秒钟内完成充电，并能承受超过12000次充放电循环。他们把金属微团融合成一种图案，然后贴到一种由单原子厚薄片构成的二维材料上。

这种设计听起来可能很复杂，但研究人员声称它出乎意料地简单，而且花不了几个钱。“人们通常认为现代纳米技术工具复杂且高科技，但我们的方法却出乎意料地简单直接，”该研究的合著者、加州大学洛杉矶分校化学与生物化学系助理研究员马希尔·埃尔-卡迪在一份声明中表示。“我们只是混合常见的原料，稍微加热一下，并使用随处能买到的原材料，”他说道。

研究人员还从自然过程中寻求灵感，把想法变成现实。他们特别借鉴了一个很有意思的过程：生物体怎么建造骨骼和外壳的。无论是里面的骨架还是外面的硬壳，都是靠蛋白质来搭建的。蛋白质就像支架一样，把钙基化合物一层层组装起来，直到形成坚硬的结构。这个过程在科学上被称为生物矿化，就是这个过程，成了镍铁电池的基础。研究作者之一、加州大学洛杉矶分校的化学与生物化学教授里克·卡纳透露说，他们模仿这一机制制造了微小的镍或铁颗粒。

“我们从大自然沉积这些材料的方式中获得了灵感，”卡纳说。“以正确的方式沉积矿物质，可以构建出既坚固又柔韧、不易断裂的骨骼。怎么沉积的与所使用的材料几乎同样重要，蛋白质负责引导它们怎么放，”他补充道。蛋白质和氧化石墨烯混在一起——这是一种只有一个原子那么厚的二维材料，含有碳和氧。当加热到高温时，蛋白质燃烧成碳，把氧从二维材料里挤出去。氧被赶走后留下的空隙由蛋白质引导的金属簇填充。最终，体积里差不多99%都是空气，形成了一种气凝胶结构。研究人员还扩大了表面积，让最小的颗粒也能参与反应。

"当粒子这么小的时候，几乎每个原子都能参与反应。因此，充电和放电速度大大加快，能储存更多电荷，整个电池的工作效率也更高，"埃尔-卡迪说。尽管这些电池比不过现在的锂离子电池，但专家认为它们可以应用于其他领域，比如储存太阳能电站的能量。"这项技术能把电池寿命延长数十年之久，所以特别适合储存可再生能源，或者在断电时快速顶上，"埃尔-卡迪补充道。