美國陸軍研究實驗室內部正在為士兵們研發新型質量更輕的電池。

　　為了支持作戰人員，實驗室的化學家們正在進行材料研究，研究鋰離子電池和其他先進電池的化學過程。

　　Cynthia Lundgren說“我們幫助研究新型電池材料，電池材料需要更輕、更耐用，那樣士兵們就不需要攜帶那么多電池了。”Cynthia Lundgren是一位化學家，同時也是傳感器和電子設備董事會電力和能源部門電化學分處的負責人。
 

　　為了制造出更好的電池，Cynthia Lundgren和她的團隊用小紐扣電池進行實驗，所用的就有像手表中用的紐扣電池那樣的電池。一個電池包含兩個電極：一個是陽極，有“-”（減號）標識；一個是金屬氧化物或磷酸陰極，有“+”（加號）標識。在兩個電極之間，液體電解質浸泡的分離器促使發生鋰離子轉移，來轉移電荷。一個或更多個像這樣的電池，可以用來構造一個電池組。

　　她的研究團隊，對用于制造陰極和陽極的不同材料進行各種實驗。他們也對電池電解質溶液的化學過程進行了各種實驗。Cynthia Lundgren說，可以使電池變輕的一種方法就是使用可以增大電池電壓的電極。

　　“如果我們能夠提高單個電池的電壓，能量密度是電壓的一個直接函數，我們就可以把電池變得更輕些”她說，“問題是，隨著電壓的增高，電極就變得更加活潑，就會同電解質溶液發生反應。”

　　電極同電解質溶液的反應是Cynthia Lundgren和她的團隊已經成功解決的關鍵問題之一。

　　實驗室另一位化學家Von Cresce 說：“電極很容易受到腐蝕，同電解質溶液發生反應。在你反復地使用電池的時候，最終會發生的是，電解質被陰極分解，因為陰極處有電壓。”

　　對于那些Cynthia Lundgren和她的團隊正在研發的不同種類的可充電式電池來說，那種分解意味著更少的充電和放電過程。此外，隨著這些電池的充電和放電，它們容納電荷的能力變弱。

　　為了阻止電池內部發生的這種分解過程，這個研究團隊創造出了一個解決方案，叫做HFiPP，HFiPP是tris （hexafluoroisopropyl） phosphate（磷酸三（六氟異丙基）酯）的縮寫，可以用來增強電解質，使電解質在高電壓條件下更加穩定。
 

　　Cynthia Lundgren說：“它是一種緩蝕劑，你只需在制造商放的電解質溶液中加入它。一點點的量，就可以發揮神奇的作用。”

　　在阿德爾菲實驗室，這個研究團隊正在用一種電壓更高的、摻鐵的鋰鈷磷酸鹽陰極進行實驗，這種陰極是由她的同事、軍隊的一位化學家Jan Allen研發出來的。

　　Von Cresce解釋說，LiCoPO4陰極是一種電壓特別高的電極，高達4.9伏。（注：一般常見的5號或者7號電池的電壓是1.5V，人體的安全電壓一般要求不高于36V。）他還說：“這種陰極似乎對電解質溶液來說更加活潑，在多種實驗用的高電壓陰極中，這是一個常見問題。對于未施加保護措施的電解質溶液來說，這種陰極真的似乎破壞力極強。”

　　然而，使用HFiPP解決方案的話，將緩蝕劑加入到電解質溶液中，以進行腐蝕防護，這個研究團隊就能研發出一種新型電池，使這種新型電池在具有更高電壓的陰極的同時，也更加穩定。這種新型電池可以進行多次的充電和放電，而維持了原來的電容量，也不易發生腐蝕現象。

　　2015年初，實驗室會從一個商業化制造商那里拿回更大型電池的樣本，他們稱它為軟包電池（Pouch cells），這種電池是他們用在實驗室中研發出的同種化學過程制造的。他們同其他軍隊的研究員將會對那些電池進行評估，評估它們的性能和安全性特征。

　　Cynthia Lundgren說：“我們將會做一系列的評估。它們以軟包電池的形式表現出的性能和以紐扣電池的形式表現出的性能相同嗎？你在紐扣電池中看不到釋放氣體的現象。所以如果電解質溶液和電極之間發生反應，如果你可以獲得釋放出的氣體，你就可以使軟包電池發生爆炸。”

　　她表示，她相信他們在美國陸軍研究實驗室獲得的研究成果可以使電池更輕、更耐用。而這也正是軍隊想要做到的，為士兵們提供更好的裝備。

責任編輯：李玲珊

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