世界各地的科學(xué)家都在努力解決現(xiàn)有鋰離子基電池的局限，為開發(fā)出新一代高性能電池而展開激烈的競賽。

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的研究人員在研發(fā)高性能電池上取得巨大進展，這種電池性能遠(yuǎn)超目前用在電動汽車如雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)(ChevyVolt)上的鋰離子電池。

他們能利用現(xiàn)有設(shè)備上常見的電極進行一種電化學(xué)反應(yīng)，將帶正一價的鋰離子替換成帶正二價的鎂離子。

“由于鎂離子帶二價正電，我們在電池材料的結(jié)構(gòu)中每引入一個鎂離子，就可以移動兩倍的電子”。JordiCabana說。他是伊利諾伊大學(xué)芝加哥分?；瘜W(xué)系的助理教授，也是該項目的首席研究員。

“我們希望這項工作能夠為新一類高電壓、高能量的電池開發(fā)提供可靠的設(shè)計方法。”Cabana說道。

這項研究工作屬于儲能研究聯(lián)合中心(Joint Center for Energy Storage Research)的一部分，該中心以阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)為領(lǐng)導(dǎo)，目標(biāo)旨在推動電池性能的革命性進展。該項研究成果已經(jīng)在線發(fā)表在先進材料(AdvancedMaterials)雜志上。

每個電池都由正負(fù)電極和電解質(zhì)構(gòu)成。電極可以交換電子和離子，通常帶正電。而電解質(zhì)只讓離子通過，對電子是絕緣體，從而迫使電子通過外部電路對汽車或設(shè)備供電。

而充電過程與上述情況相反。由于化學(xué)反應(yīng)并不是完全高效的，這就限制了電池的可充電次數(shù)。

“能這樣來來回回的次數(shù)越多，說明電池的可反復(fù)充電性能越好，電荷的利用率越高”。Cabana說，“在我們的研究中，我們試圖將每個離子所移動的電子數(shù)目最大化。因為當(dāng)離子進入或離開電極時，會破壞電極結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)破壞的越嚴(yán)重時，離子重新回到電極時所需的能量也越大，從而導(dǎo)致電池充電時越困難”。

“就像是一個停車場，雖然車位數(shù)目有限”，Cabana說，“但是你可以在每輛車?yán)镌黾痈嗟娜?，同時不破壞停車場的結(jié)構(gòu)”。

通過將鎂離子可逆地插入到電極材料的結(jié)構(gòu)，使得我們離高性能電池更近了一步，Cabana說道。

“雖然這還不是一個電池，只是電池的一部分，但是在最終的設(shè)備上你會見到它”，Cabana說。