几年后，您可能会购买比原来手机多汁的手机，并且一次充电的使用寿命是原来的两倍。在他们的研究中，宾夕法尼亚州立大学的工程师们在《自然材料》中进行了专题报道，他们已经开发出了一种使用新技术来延长电池寿命和性能的方法。这涉及创建增强的固体电解质中间相(SEI)，与典型的锂离子(Li-ion)电池相比，可以提高安全性和寿命。
锂离子电池的工作原理
便携式电源是我们技术发展的原动力：智能手机可能已经彻底改变了整个世界，但是如果没有便携式电源，它们甚至将不存在。每个移动设备(包括智能手机和笔记本电脑)的核心是锂离子电池或锂离子电池，该电池最初由索尼在1991年开发，用于为便携式摄像机供电。
有两件事使锂离子电池比普通电池更好。它们可以充电，而且重量更轻–这些使它们比标准的同类产品更加便携。由于电池的能量密度，这是可能的–每克比其他电池可容纳的能量更多。从一个角度来看，锂离子电池每千克具有150瓦时的能量。相比之下，汽车电池每公斤能量只有25瓦时。这意味着您需要至少六公斤的铅酸电池来存储与一千克锂离子电池相同的能量。
热门挑战
锂离子电池有其全部潜力，但有一个缺点：所含的液体电解质高度易燃，这使这些电池对热非常敏感。热量也会加速降解，甚至可能引起火灾-就像命运不佳的Samsung Note 7智能手机一样。
因此，该想法是制造更好的锂基电池，该电池可保持其轻便性，但可进一步提高其能量密度。一种解决方案是用锂金属代替锂离子电池的石墨阳极，从而将能量密度提高到传统锂离子电池的10倍。常规电池的SEI的稳定性也是一个考虑因素。当锂电极与电解质发生反应时，SEI会降解并有助于在金属上形成树枝状或针状生长，从而降低性能和电池寿命。在最坏的情况下，树突可能会引起火灾或爆炸。(相关：工程师开发了高能量密度的全固态电池。)
化学与工程学之间的合作
这突出了宾夕法尼亚州立大学团队取得突破的重要性。更好，更稳定的SEI对改善电池寿命至关重要，因此，在化学博士生岳高的带领下，研究小组求助于聚合物复合材料，以获得更好的SEI。
聚合物复合材料由聚合物锂盐，氟化锂纳米颗粒和氧化石墨烯片组成。这些层用作防止树突在锂金属上形成的机械阻挡层。结果，减轻了电池的重量，从而降低了制造成本。宾夕法尼亚州立大学埃文·普格大学化学教授托马斯·马卢克(Thomas Mallouk)也协助创建了这些层。
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