擁有每年270億美元的銷售額,鋰離子電池毫無疑問是充電電池市場的主導者。不過,人們總是希望能做到更好。現在,科學家報告說他們運用納米技術可以大大增強鋰離子電池的儲電能力,或者在保持現有儲能水平的條件下大大減輕電池重量。這項新的成果可以帶來更小型的筆記本電腦、更遠行程的電動汽車等大量的應用。

在傳統的充電電池中,帶正電的鋰離子儲存在碳基的陽極上,隨著電池放電流動到陰極。這項技術的優點是碳在多次充放電之后仍能保持輕量和耐用,而缺點是6個碳原子才能支持1個鋰離子。最近,研究人員嘗試用晶體硅制作陽極,每個硅原子可以支持大約4個鋰原子,理論上將能提高儲能效率。

2007年,美國斯坦福大學的材料科學家崔屹領導的小組就是這么做的。他們使用晶體硅納米線制作陽極,這種材料非常纖細,因此膨脹和伸縮造成的損失較小。這種電池可以存儲10倍于傳統鋰離子電池的充電量。但問題是晶體材料在多次充放電后損壞,并最終斷裂,電池亦因此損壞。

因此在最近的研究中,崔屹的研究小組用外層覆蓋了非晶硅的碳納米線取代了脆弱的硅納米線。碳芯固有的穩定性使得研究人員可以讓非晶硅帶滿鋰離子。結果,這種新的碳—硅混合陽極擁有了6倍于傳統全碳陽極的充電能力,早期的測試中,它們也比全硅陽極表現的更穩固。該結果發表在即將出版的《納米快報》上。利用這項成果,電池公司最終將能生產出更輕量的電池,這也是將來制造電動汽車的關鍵。崔屹指出,電池公司還可以在保持電池重量的條件下,新增50%的儲電量。

得克薩斯大學材料化學家、電池專家ArumugamManthiram對這項成果評價很高。但他同時表示,由于這種新型材料還必須同電池中的其他組件結合在一起并證實其廉價、安全、能快速充電,因此,這項成果將在多大程度上改進今后的電池目前還不明確。這是一個非常有挑戰性的工作。Manthiram說,這也是為何電池科技進步得這么慢的原因。