今年年初，cui和同事報告了一種甚至勝過其復(fù)雜“石榴”組件的解決方案。他們簡單地將大的硅顆粒錘打至微米尺度，然后將它們包裹進(jìn)由石墨烯制成的碳薄片中。被錘打的顆粒在“石榴”中繞成比硅球還大的團(tuán)，并且大到在幾次充電循環(huán)后開始破裂。不過，石墨烯包裹物會阻止電解質(zhì)成分到達(dá)硅那里。同時，它還靈活到足以同破裂的顆粒保持聯(lián)系，并因此將它們的電荷攜帶至金屬線。更重要的是，該團(tuán)隊在《自然—能源》雜志上報告稱，較大的硅顆粒物會將更多質(zhì)量和更多電力“塞進(jìn)”特定的體積中。同時，和“石榴”相比，制造它們要廉價且簡單很多。

聚焦“戰(zhàn)斗”的另一半

目前，cui正在將視野放到硅以外。一個聚集點(diǎn)是用純的鋰金屬制造陽極。鋰金屬一直被視為終極的陽極材料，因為和硅相比，它擁有儲存更多能量的潛力，并且要輕很多。

不過，這里面也有一些重要問題。sei層通常在鋰金屬的電極附近形成，而這其實是個好消息：鋰離子能穿透這一層，因此sei層在鋰陽極附近充當(dāng)了保護(hù)膜的作用。不過，隨著電池循環(huán)充放電，這種金屬會和硅顆粒一樣膨脹收縮，同時脈沖會打破sei層。隨后，鋰離子在裂隙中堆積，導(dǎo)致被稱為枝晶的金屬尖狀物從電極處生長出來。“這些枝晶會刺穿電池隔板，令電池短路，并且使其著火?！眂ui團(tuán)隊的另一名研究生yayuanliu介紹說。

傳統(tǒng)方法并未解決該問題。不過，納米技術(shù)或許可以。在一種阻止枝晶形成的方法中，cui的團(tuán)隊通過用一層相互連接的納米碳球體包裹陽極，使sei層保持了穩(wěn)定。在另一種方法中，他們創(chuàng)建了一種新的“蛋黃—蛋殼”顆粒物。這種顆粒物比碳?xì)ご蠛芏啵⑶移鋬?nèi)部由金納米顆粒制成。當(dāng)納米膠囊被制成陽極時，金會吸引鋰離子；“蛋殼”為鋰提供了收縮和膨脹的空間，而無須讓sei層發(fā)生破裂，因此枝晶不會形成。

在制造更好的電池方面，改善陽極只是這場“戰(zhàn)斗”的一半。cui團(tuán)隊還采用一種受納米啟發(fā)的類似方法改進(jìn)了陰極材料，尤其是硫。和位于陽極一端的硅類似，硫一直被視為陰極的理想選擇。每個硫原子能容納一對鋰，從而使其和傳統(tǒng)陰極相比原則上可將能量儲存增加若干倍變成可能?；蛟S同樣重要的是，硫非常便宜。不過，它也存在問題。硫是一種相對中規(guī)中矩的導(dǎo)電體，并且會和普通電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成在幾次充放電循環(huán)后能消耗電池壽命的化學(xué)物質(zhì)。與此同時，硫陰極往往會儲藏電荷，而不是在放電期間將它們拋棄。

cui團(tuán)隊尋求的是一種納米解決方法。他們將硫顆粒包在高導(dǎo)電性的二氧化鈦外殼中，從而使電池能力較傳統(tǒng)設(shè)計提高了5倍，并且能防止硫的副產(chǎn)品損害電池。研究人員還制造了基于硫的“石榴”版本，并且將硫困在長且薄的納米纖維內(nèi)。這些和其他創(chuàng)新不僅提升了電池能力，還使庫侖效率（電池在多大程度上釋放電荷）從86%提高到99%。“現(xiàn)在，我們在電極兩端均擁有了很強(qiáng)的能力?！眂ui表示。