手機電池不經(jīng)用一直是困擾我們的問題，最近美國西北大學(xué)一個工程師團隊研制了一種可反復(fù)充電的鋰離子電極電池，竟能夠在短短15分鐘內(nèi)充完電并能夠持續(xù)用上一周！這種技術(shù)不僅令充電速度提高了10倍，還能讓電池容量增大10倍。

研究者們主要是結(jié)合兩種化學(xué)技術(shù)，突破了兩個主要的難題：儲電量和充電次數(shù)。除了用于手機和ipod，這種新技術(shù)還有望用于發(fā)明出效能高、體積小的電動汽車電池。研究者們說，在未來3-5年內(nèi)，這種電池就可能推向市場。目前關(guān)于這項發(fā)明的論文已發(fā)表在《高級能量材料》期刊上。美國能源部的能源前沿研究中心也正在支持這一研究。

鋰離子充電是通過鋰離子在電池內(nèi)正極和負極兩端之間傳送產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來完成的，當電池內(nèi)的能量被使用時，鋰離子就會通過電解液，從正極游向負極。當電池在充電時，它們又會向相反的方向游動。研究人員發(fā)現(xiàn)，電池的充電速度實際上受碳層結(jié)構(gòu)的阻礙：碳層是非常地薄的，只有一個碳原子直徑的厚度，但是碳層邊緣至中心的距離卻比較長。充電時，鋰離子必須先沿著碳層的邊緣游動才能進入碳層中間。正是由于這個過程需時過長，一部分鋰離子可能會因為“交通阻塞”而滯留在碳層邊緣，所以充電時間才會更久。

研究團隊嘗試用硅取代碳。因為硅能容納更多的鋰原子：每個硅原子能容納4個鋰原子。然而，硅在充電的過程中會膨脹擴大，迅速分裂后導(dǎo)致電量流失。他們又嘗試將硅穩(wěn)定住，以此保持最大儲電量，再將硅夾在碳層中間，這樣就能利用硅的靈活性，讓電極中鋰原子的容量增大。

研究人員說：“加入硅了以后，電池能量密度增大，并且由于硅的膨脹特性，也大大減少碳層中能量的流失。”他們還利用化學(xué)氧化過程，在碳層中打了一個幾乎微不可見的小孔，命名為“平面間隙”，這樣就為鋰離子進入正極開辟出一條“捷徑”，使電池的充電時間縮短了10倍以上。論文的主要作者哈羅德·H·孔說：“哪怕一年內(nèi)充電150次以上或是做更多的操作，這種電池仍然比目前市面上的鋰電池能量高出5倍以上。”

但目前這項研究完全是針對電池正極的，研究者們之后還將著手研究負極，以進一步提高電池的效率。他們還對正在發(fā)展中的電解液系統(tǒng)學(xué)科進行研究，希望使電池能在高溫環(huán)境中自動停止工作。