眾所周知，鋰電池幾乎用于全世界的各種電子設(shè)備，其中包括筆記本電腦、iPad、衛(wèi)星、人工心臟和智能手機(jī)等。而最近，弗吉尼亞州立邦聯(lián)大學(xué)的研究人員正在努力提高鋰離子電池的導(dǎo)電性和安全性。

弗吉尼亞州立邦聯(lián)大學(xué)的物理學(xué)特聘教授Puru Jena表示，目前科學(xué)家們可以預(yù)防液態(tài)電解質(zhì)所導(dǎo)致的鋰電池的不穩(wěn)定問題。所以，盡管存在這種不穩(wěn)定性，但液態(tài)電解質(zhì)仍被廣泛使用于鋰電池中，因?yàn)樗鼈儽饶切└€(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)具有導(dǎo)電優(yōu)勢(shì)。

但Jena和其同事洪方的理論研究表明，人類也許可以設(shè)計(jì)出一種導(dǎo)電能力不輸液態(tài)電解質(zhì)，同時(shí)還十分穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)。他們的研究結(jié)果將于本月底在《美國(guó)科學(xué)院學(xué)報(bào)》上發(fā)表，這可能會(huì)催生出更安全、更強(qiáng)大的鋰電池。

Jena說(shuō)道：“理論上來(lái)說(shuō)，在穩(wěn)定性和導(dǎo)電性方面，也許魚和熊掌是可以兼得的。”

我們都知道，電解質(zhì)是電池的核心，是由正負(fù)離子所組成的鹽。正離子是那些質(zhì)子比電子多的原子，而負(fù)離子則是電子比質(zhì)子多的原子。在鋰電池中，正的鋰離子通過(guò)電解質(zhì)在電極之間流動(dòng)。鋰離子可以通過(guò)液態(tài)電解質(zhì)自由流動(dòng)，但在固態(tài)電解質(zhì)中流動(dòng)性較低，而這就會(huì)降低電導(dǎo)率。因此，為了提高固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率，研究人員制作了一種計(jì)算模型，其中單個(gè)的負(fù)離子被去除掉了，取而代之的是負(fù)離子團(tuán)簇(負(fù)離子群)。

這些科學(xué)家們?cè)谄渌芯咳藛T以前測(cè)試過(guò)的固態(tài)電解質(zhì)上獲得了啟發(fā)。起初，這種電解質(zhì)屬于一種被稱為“反鈣鈦礦型氧化物”，其中一個(gè)氧原子和三個(gè)鋰原子組成一個(gè)正離子，然后這個(gè)正離子再與一個(gè)氯離子連接。而在新的計(jì)算模型中，氯離子被一個(gè)硼原子和四個(gè)氟原子結(jié)合成的負(fù)離子團(tuán)簇所取代了，這種做法可能會(huì)提高導(dǎo)電性。

洪方表示：“用離子團(tuán)簇取代氯離子可以提高導(dǎo)電性，因?yàn)殡x子團(tuán)簇的體積更大，可以使鋰離子像在液體中一樣快速移動(dòng)。”目前，Jena和洪方正在尋找合作者，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測(cè)試他們的計(jì)算模型，最終實(shí)現(xiàn)其在鋰電池上的應(yīng)用。