世界上有比以人更多的是手機(jī)。幾乎所有這些電池都由可充電鋰離子電池供電，這是過去幾十年來發(fā)展的便攜式電子產(chǎn)品革命中最重要的部分。如果這些設(shè)備沒有足夠的電力持續(xù)至少幾個小時而沒有特別沉重，那么這些設(shè)備對用戶來說并不吸引人。

鋰離子電池還可用于大型應(yīng)用，例如電動車輛和智能電網(wǎng)儲能系統(tǒng)。尋求改進(jìn)鋰離子電池的材料科學(xué)創(chuàng)新研究人員為更多具有更好性能的電池鋪平了道路。需要不會著火或爆炸的高容量電池。許多人夢想能夠在幾分鐘甚至幾秒鐘內(nèi)充電的更小，更輕的電池，并且可以存儲足夠的能量來為設(shè)備供電數(shù)天。

然而，像我這樣的研究人員正在考慮更多的冒險精神。如果汽車和電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可以在數(shù)年甚至數(shù)十年內(nèi)放電和充電數(shù)萬次，那就更好了。維護(hù)人員和客戶會喜歡能夠監(jiān)控自己并在發(fā)生故障時發(fā)送警報的電池-如果他們不能以最佳性能工作-甚至是自我修復(fù)。我們的夢想是將兩用電池集成到物品的結(jié)構(gòu)中，有助于塑造智能手機(jī)，汽車或建筑物的形狀，同時不會給它的功能帶來太大的影響。

所有這一切都有可能，因為我的研究和其他人已經(jīng)幫助科學(xué)家和工程師更好地控制和處理單一原子級材料。

新興材料

在大多數(shù)情況下，能量儲存的進(jìn)步將取決于材料科學(xué)的持續(xù)發(fā)展，推動現(xiàn)有電池材料的性能極限以及開發(fā)全新的電池結(jié)構(gòu)和組合物。

電池行業(yè)一直致力于降低鋰離子電池的成本，包括從陰極中去除昂貴的鈷，稱為陰極。這也將降低這些電池的勞動力成本，因為世界上許多主要的鈷來源剛果都使用兒童從事艱苦的手工勞動。

研究人員正在尋找用主要由鎳制成的陰極代替含鈷材料的方法。最后，他們可以用錳代替鎳。這些金屬中的每一種都比其前身更便宜，更豐富，更安全。但它們需要稱重，因為它們具有縮短電池壽命的化學(xué)特性。

體積90％另請參閱：此鋰離子電池為智能手表提供平坦，彎曲和扭曲的配置。

研究人員還在考慮更換在兩個電極之間穿梭的鋰離子，例如基于鈉，鎂，鋅或鋁的電極，可能更便宜，更安全的離子和電解質(zhì)。

我的研究團(tuán)隊研究了使用二維材料的可能性，這些材料本質(zhì)上是極薄的材料，具有有用的電子特性。石墨烯可能是其中最著名的-一塊碳只有一個原子厚。我們想要看看各種2D材料的堆疊層是否然后用水或其他導(dǎo)電液體滲透堆疊可以是電池的關(guān)鍵部件并且可以非常快速地充電。

看著電池里面

它不僅僅是一種擴(kuò)展電池創(chuàng)新世界的新材料：新的設(shè)備和方法也使研究人員更容易看到電池內(nèi)部發(fā)生了什么。

在過去，研究人員使用特定的充電和放電過程或循環(huán)時間來運行電池，然后從電池中取出材料并在之后進(jìn)行檢查。只有這樣，學(xué)者才能了解過程中發(fā)生了什么化學(xué)變化，并推斷出電池的實際運行情況以及影響其性能的因素。

石墨烯會成為超級鋰電池的原材料的原因

由同步電子設(shè)備產(chǎn)生的X射線可以照亮電池的內(nèi)部工作。

但現(xiàn)在，研究人員可以在電池材料通過能量存儲過程時查看電池材料并實時分析其原子結(jié)構(gòu)和成分。我們可以使用復(fù)雜的光譜技術(shù)，如X射線技術(shù)，用于稱為同步加速器的粒子加速器-以及電子顯微鏡和掃描探針-，以便在儲存和釋放能量時觀察電池中的離子運動和物理結(jié)構(gòu)變化。