還在為智能手機電池不耐用而煩惱嗎？這個尷尬的問題很快要被解決了！而靈感正來源于“我們自己”，不多說，就讓我們一起感受新創意，看看下一代智能手機電池的設計吧，據說新電池的能量密度是現在鋰離子電池的五倍喲~研究人員已經開發了一個下一代鋰硫電池的原型，這個電池原型的靈感一部分來自于人體的腸道細胞。如果這種電池實現大規模商業化生產，將會是如今廣泛應用在智能手機和其他電子產品領域的鋰離子電池能量密度的五倍。

    劍橋大學的研究人員提出新設計，通過防止由于材料損失引起的電池退化，從而克服一個阻礙鋰硫電池的商業發展的關鍵技術問題。該結果發表在Advanced Functional Materials上。

    通過與北京理工大學的合作，來自劍橋材料科學與冶金系Vasant Kumar博士團隊的研究人員在開發并測試了一種像指狀突起的小腸絨毛一樣的輕質納米材料。在人體中，絨毛被用來吸收消化的食物，并且可以增加吸收過程的作用表面積。

    在新的鋰硫電池中，一層由微小的氧化鋅線制成、具有絨毛狀結構的材料被放置在電池的電極的表面上。這可以捕獲脫離的活性材料的碎片，使它們保持電化學活性，從而使材料可重復使用。

    來自劍橋材料科學和冶金系，該研究的合作者Paul Coxon博士表示：“這薄薄的一層材料是非常重要的，它使我們找到了一條可以突破阻礙電池發展瓶頸的路。”

    一個典型的鋰離子電池是由三個獨立結構組成：一個陽極（負極），一個陰極（正極）和中間的電解質。最常見的正負極材料是石墨和鋰鈷氧化物，兩者都具有層狀結構。帶正電荷的鋰離子來回移動，從陰極通過電解質進入陽極。

    電極材料的晶體結構決定了電池可以存儲多少能量。例如，碳原子的結構決定了每個碳原子可以承載六個鋰離子，限制了電池的最大容量。

    硫鋰反應的不同在于，憑借多電子傳遞機制，元素硫可以提供一個更高的理論容量，從而產生更高的能量密度的鋰硫電池。然而，當電池放電時，鋰硫會相互反應，并且環硫分子會轉化成鏈狀結構（稱為聚硫化物）。當電池經歷了幾個充放電循環，少量聚硫化物會進入電解質，因此，隨著時間的推移，電池會逐漸損失活性材料。

    劍橋大學的研究人員已經設計了一個功能涂層，它位于陰極的頂部，將活性材料固定在導電框上，從而使活性物質可以重復使用。涂層是由支架上生長的、極小的氧化鋅一維納米線組成的。這個想法通過使用市場銷售的泡沫鎳進行的實驗驗證。實驗成功后，泡沫鎳被輕質碳纖維層替換以減少電池的整體重量。

    該研究的共同作者Yingjun Liu博士介紹：“將硬質泡沫鎳材更換為柔性碳纖維層會使涂層以一種更加接近小腸的方式進行工作。”

    這個看上去類似腸絨毛的功能層有非常大的表面積。該材料可與聚硫化物通過很強的化學鍵連接，使活性物質的可工作時間更長，大大增加了電池的使用壽命。

    該研究的帶頭人、材料科學與冶金系博士生Teng Zhao說：“這是首次提出通過附有有序納米結構的化學功能層在電池充放電過程中來捕獲和重新利用已經被溶解的活性材料。借助從自然界獲得的靈感，我們能夠提出一個理想的解決方案來加快下一代電池的發展。”

    目前，雖然該方案還是在原理上具有可行性，但鋰硫電池距離商業化仍有很長時間。此外，即使電池的充電和放電的次數已經得到了改善，但是它仍然無法實現像鋰離子電池一樣多的充放電循環次數。然而，由于鋰硫電池不需要像鋰離子電池那樣頻繁的充電，便可能以能量密度的增加抵消了較少充放電循環次數所帶來的弊端。

    Coxon表示：“這是一種能幫助我們規避那些影響我們所有人的棘手小問題的方法，我們與電子設備密切相連—但我們只是試圖使這些設備更好地工作，從而使我們的生活更加便利美好。”

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org