斯坦福大学的一个研究团队，包括前能源部长朱棣文在内，认为他们已经实现了锂电池设计的“圣杯”：一个由纯锂制成的阳极，可以将电动汽车的续航里程提高到300英里。
锂离子电池是当今市场上最常见的可充电电池类型之一。但是，大多数电池（如智能手机和电动汽车中的电池）都使用由石墨或硅制成的阳极。
如今，锂离子电池中的锂存在于电解液中。电解液中的电子在充电期间流向阳极，如果阳极也由锂制成，则电池将能够产生更大的功率，并且重量更轻。
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然而，到目前为止，锂阳极一直无法使用。该材料在充电过程中会膨胀，在表面上产生裂缝，释放锂离子，并形成杂乱的、毛发状的生长物，称为枝晶，它们伸出并使电池短路。锂阳极也与锂电解液具有高度的化学反应性，并可能过热到起火甚至爆炸的地步。
在特斯拉汽车公司制造的三辆电动汽车去年因撞到道路碎片后发生碰撞并起火后，锂离子电池的潜在易燃性受到了审查（绿色电讯，2013年11月8日）。
斯坦福大学的团队认为，他们已经通过一种由微小的碳穹顶（称为纳米球）组成的保护层解决了这些问题，这些碳穹顶在阳极上形成了一个灵活的蜂窝状屏蔽层。 纳米球壁只有20纳米厚，足够坚固且足够灵活，可以在电池的充放电循环期间随着阳极的膨胀和收缩而上下移动。
驯服一种困难的金属
研究人员在本周发表在《自然·纳米技术》杂志上的一份报告中详细介绍了他们的工作。
材料科学与工程教授兼研究团队负责人崔屹说：“我们现在正在寻找更高能量密度的电池，而石墨[阳极]无法再做到这一点。”
崔屹说，凭借其轻便的重量和高能量密度，锂作为阳极具有最大的潜力。 他补充说，碳纳米球界面“提高了回收效率，并减少了电解质的副化学反应”。
轻便，高能量的锂阳极也可以在使锂离子电池更具商业可行性方面取得长足的进步。根据斯坦福大学的团队的说法，纳米球层有助于提高电池的库仑效率，即电池在使用过程中提取的锂量与充电过程中放回的锂量之比。
以前的锂阳极达到了96％的库仑效率，但是在100个循环后降至50％以下。这种新型的锂阳极在150个循环中达到了99％的效率。
崔屹说，在未来几年中，该团队希望改进电池设计，以提高库仑效率并将其维持在500到1,000个循环。
与内燃机竞争？
前能源部长兼诺贝尔奖获得者朱棣文最近恢复了他在斯坦福大学的教授职位，并且是崔屹团队的成员。 在新闻稿中，他说新的锂阳极设计可以将电池容量提高四倍。
朱棣文说：“您可能会拥有一部电池续航时间是原来的两倍或三倍的手机，或者一辆续航里程为300英里，价格仅为25,000美元的电动汽车，这与每加仑行驶40英里的内燃机具有竞争力。”
朱棣文今年还加入了一家名为Amprius Inc.的先进电池初创公司，该公司是崔屹六年前共同创立的，专门从事高容量锂离子电池（绿色电讯，1月20日）。
约翰·古迪纳夫（John Goodenough）在1970年代发明了最初的锂离子电池，并且仍在从事该技术的研究，他称斯坦福大学的设计是“重要的一步”。
但是，现在是德克萨斯大学奥斯汀分校的机械工程和材料科学教授的古迪纳夫说，他也在研究自己的锂阳极设计。他补充说，这项技术离商业可行性还很遥远。
他说：“我认为它远没有解决所有问题，但这总算是一个进步。”
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