它几乎是所有民意调查中的“头号要犯”，但生产商总是充耳不闻。它——电池续航时间，已成为当代智能手机的通病，还由此衍生出了备用电池、充电外壳、迷你电源线等无数产品构成的一整套周边产业。但这个局面可能要被推翻，因为科学家们宣布，他们已经摘得电池设计领域的“圣杯”。
在发表于科学期刊《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）的论文中，斯坦福大学的研究人员称，他们设计的一种纯锂阳极有望将现有电池技术的容量提高三倍。
“在所有可用的阳极材料中，锂金属潜力最大，”这支斯坦福研究团队的带头人、材料科学与工程教授崔屹称，“有将它比作 圣杯 。它非常轻质，但能量密度却是最大的。单位容量与质量所存储电能更多，从而带来更加轻质、小巧且高容量的电池。”
科学原理
要理解背后原因，你需要一点科学常识。当今所有电池中，绝大部分都是所谓的“锂离子”电池。它们由三个核心部分组成：电解液、阳极和阴极。电解液提供电子（电能的关键要素），阳极将电子释放到设备之中供电，这些电子在设备电路中兜了一圈之后，经由阴极回到电池。
当前面临的问题是，“锂离子”电池中的锂存在于电解液中，而不存在于阳极（阳极通常由石墨或硅制成），因此电子在被送入设备之前无法得到高效率的吸收。而一旦制造出纯锂阳极，电池效率连同其性能就会突飞猛进。人们追寻这个目标已经有几十年了。
技术难关
制造纯锂阳极的问题在于，当电池充满电时，锂离子会呈发丝状扩散，力度之猛可以导致电池外壳扭曲或崩裂，就算外壳可以承受，阳极也会因化学活性太强而与电解液反生反应，使电池充电能力迅速下降。
有多迅速呢？之前的研究中，科学家们曾制造出电池效率为96%的纯锂阳极电池，但即便如此，在100次充电之后，它的充电能力就降到了50%。相对于智能手机、笔记本电脑或电动汽车等更大型的设备的平均使用寿命而言，这是远远不够的。
技术突破
按照斯坦福大学研究人员所说，他们实现的是一种不会膨胀、且电池效率得到大幅提高的纯锂阳极电池。也就是一块稳定的电池，在150个充放电周期过后仍能维持99%的电池效率。
这是怎样实现的呢？研究人员们在纯锂阳极的表面包裹了一层“纳米微囊”——由相互连接的碳半球构成的保护层，形成蜂巢结构，具有弹性、均匀性和非反应性，既阻止了锂离子的过度膨胀，也防止了阳极与电解液发生反应。令人惊叹的是，每颗电池中的纳米保护层只有20纳米厚——相当于一根头发丝的5,000分之一。
另外，由于这种电池的核心原理与标准电池无异，理论上讲，它无须任何修改就能适配现有设备。可拆卸电池设备甚至只要将锂离子电池换成纯锂电池，就能享受三倍于当初的电池续航时间了。
未来，电池还可因此变得更加小巧（比如体积变成当前电池的一半，容量却变成之前的两倍），从而使更加轻薄、续航更久的设备成为可能。
“在实际应用中，打个比方，若电池容量能提升到今天的四倍，就相当振奋人心了。”你那手机电池的续航时间可能增加到现在的两到三倍，你可能只花2.5万美元——相当于一辆燃油经济性为每加仑汽油跑40英里的汽车的价钱——就能买到续航里程300英里的电动汽车。”研究团队成员、美国前能源部长兼诺贝尔奖得主朱棣文说。
未来挑战
但“革命”尚未成功。要具备商业可行性，电池效率需要达到99.9%，该团队99%的成果离这还差了一截。
“我们需要迈过那个99.9%的门槛，虽然差距仍然存在，但已经不远了，而相对之前任何设计而言，这都是一次重大的飞跃。”崔屹说，“我们相信，凭借进一步的工程设计和新的电解液，我们可以创造出稳定的锂金属电极，以支持新一代的可充电电池。”
听，那是什么声音？特斯拉（Tesla）和苹果（Apple）正在“梆梆梆”地敲他们的门呢。
译 丁盈幸 校 李其奇
本文来源：福布斯中文网
责任编辑：
王晓易_NE0011
