代爾夫特理工大學(xué)的研究人員與清華大學(xué)的研究人員合作，朝著新型鋰離子電池邁出了重要的一步，這種鋰離子電池可用于智能手機(jī)，筆記本電腦和電動(dòng)汽車(chē)等。他們首次成功地制造出與鋰金屬陽(yáng)極配合得很好的電解質(zhì)。鋰金屬是陽(yáng)極的圣杯。從理論上講，與目前的電池相比，這種材料可以實(shí)現(xiàn)兩到三倍的能量密度。

鋰離子電池由三部分組成：兩個(gè)電極，陽(yáng)極和陰極，以及電解質(zhì)。這是一種化學(xué)物質(zhì)，鋰離子從一側(cè)流到另一側(cè)。一個(gè)典型的問(wèn)題是，當(dāng)鋰離子電池充電和放電時(shí)，電解液會(huì)緩慢但確實(shí)會(huì)分解。在此過(guò)程中，廢品積聚在電解質(zhì)和電極之間的界面上，隨著時(shí)間的流逝，例如，每天需要為手機(jī)充電幾次。

當(dāng)前，商用電池主要使用碳酸鹽作為電解質(zhì)。這些是含有碳和氧的化合物。對(duì)于當(dāng)前的鋰離子電池，它們可以正常工作。電解質(zhì)的分解非常緩慢，使鋰離子電池可以使用多年。“但是，如果要提高電池的能量密度，則必須使用完全不同的材料，”研究負(fù)責(zé)人Marnix Wagemaker說(shuō)。對(duì)于陽(yáng)極來(lái)說(shuō)，鋰金屬是圣杯。這是因?yàn)榕c如今的石墨制陽(yáng)極相比，它可以存儲(chǔ)更多的鋰離子，石墨是在鉛筆尖中也可以找到的材料。鋰離子越多，能量密度越高，因此電池在耗盡之前會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。

從理論上講，帶有鋰金屬陽(yáng)極的電池的鋰存儲(chǔ)容量比目前的電池高出十倍。問(wèn)題是沒(méi)有好的電解質(zhì)可用于帶有鋰金屬陽(yáng)極的電池。目前，與鋰金屬陽(yáng)極結(jié)合使用的電解質(zhì)分解速度過(guò)快。代爾夫特理工大學(xué)的研究人員現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出一種基于另一種稱(chēng)為酰胺的化合物的電解質(zhì)。該電解質(zhì)可與鋰金屬陽(yáng)極配合使用，因此是邁向新一代鋰離子電池的重要一步。

新的電解液不能阻止電池內(nèi)部發(fā)生的衰減。Wagemaker說(shuō)：“與所有其他電解質(zhì)一樣，我們的電解質(zhì)會(huì)由于與電極的反應(yīng)而分解。” “不同之處在于，這種腐蝕對(duì)我們的電解質(zhì)有積極影響。電極與新電解質(zhì)之間形成的廢品實(shí)際上具有保護(hù)作用。所形成的層阻止了進(jìn)一步的有害反應(yīng)的發(fā)生。此外，層使離子易于通過(guò)，從而確保電池在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)正常工作。它仍在衰減，但是以非常受控的方式進(jìn)行。”

電解質(zhì)可以由許多不同數(shù)量的不同物質(zhì)組成，因此研究人員面臨的主要挑戰(zhàn)是找到正確的化學(xué)混合物。新型電解質(zhì)的配方得益于先進(jìn)的計(jì)算方法(基于量子力學(xué)定律)和Wagemaker所謂的“化學(xué)直覺(jué)”的結(jié)合。

研究人員解釋說(shuō)：“我們知道酰胺很可能會(huì)引發(fā)反應(yīng)，從而形成這種保護(hù)層。” “通過(guò)我們的理論計(jì)算，我們能夠進(jìn)一步預(yù)測(cè)什么是功能良好的雞尾酒。”