移動(dòng)設(shè)備中鋰離子電池的續(xù)航時(shí)間受限于“離子”，只能安全地使用以“離子”狀態(tài)存在的鋰元素，浪費(fèi)了大量潛在能源。

斯坦福大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新型的鋰電池，續(xù)航時(shí)間要長(zhǎng)得多。通過利用采用納米工藝制成的碳罩約束住不穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)，新型電池能更高效地利用電池陽極的鋰元素；如果這些化學(xué)物質(zhì)不受約束，鋰離子電池的續(xù)航時(shí)間會(huì)迅速縮短。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的斯坦福大學(xué)材料科與工程學(xué)院教授崔毅（音譯）說，在所有能用來制造電池陽極的材料中，鋰最有潛力，它非常輕又具有非常高的能量密度，有望讓質(zhì)量輕、體積小的電池具備更大的容量。但制造鋰陽極卻是一件非常困難的事情，以至于不少科學(xué)家在堅(jiān)持多年后不得不放棄。

目前，制造鋰陽極至少需要面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)：一是鋰在充電時(shí)出現(xiàn)的膨脹現(xiàn)象。在充電時(shí)，鋰離子會(huì)聚集起來發(fā)生膨脹。所有的陽極材料，包括石墨和硅在內(nèi)都會(huì)發(fā)生膨脹，但不會(huì)像鋰這么明顯。相對(duì)于其他材料，鋰的膨脹“幾乎是無限”的。非但如此，這種膨脹還是不均勻的，會(huì)造成凹坑和裂縫。這些裂縫會(huì)使寶貴的鋰離子從中逸出，形成毛發(fā)或苔蘚狀生長(zhǎng)。這會(huì)導(dǎo)致電池短路，嚴(yán)重縮短其使用壽命。

二是鋰陽極在與電解質(zhì)接觸后具有很高的活性。這會(huì)消耗電解質(zhì)并縮短電池壽命。由此產(chǎn)生的一個(gè)附加問題是，當(dāng)它們接觸時(shí)還會(huì)發(fā)熱。而過熱就會(huì)出現(xiàn)燃燒甚至爆炸，因此，這是一個(gè)嚴(yán)重的安全問題。

“雖然如此困難，我們還是找到解決問題的辦法。”正在崔毅實(shí)驗(yàn)室工作的鄭廣元（音譯）博士說，他是論文的第一作者。物理學(xué)家組織網(wǎng)7月28日?qǐng)?bào)道稱，為了解決這些問題，研究人員用碳為鋰陽極制造了一個(gè)名為“納米球”的納米保護(hù)層。這些納米球保護(hù)層從外形上看起來很像蜂窩，可彎曲且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，單個(gè)厚度只有20納米。

崔毅說，這種納米球由無形碳制成，不但具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，還有很好的強(qiáng)度和柔性。既能防止其中的鋰與電解質(zhì)接觸還具備一定的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受鋰陽極在充電過程中出現(xiàn)的膨脹現(xiàn)象。

在技術(shù)方面，納米球能大幅提高電池的庫(kù)侖效率（也叫充放電效率），即在一定的充放電條件下，放電時(shí)釋放出來的電荷與充電時(shí)充入的電荷百分比。一般情況下，為了達(dá)到日常使用需要，電池應(yīng)能達(dá)到99.9%以上的充放電效率。

實(shí)驗(yàn)顯示，未受保護(hù)的鋰陽極可以達(dá)到96%的充放電效率，在100次充放電循環(huán)后，只能達(dá)到50%，顯然是不夠的。而斯坦福團(tuán)隊(duì)的新型鋰電極在充放電150次后，充放電效率還能保持在99%。對(duì)電池充放電效率而言99%與96%之間的差異是巨大的。