“我們?yōu)殡姵丶夹g(shù)開辟了一個新的化學(xué)空間，”資深作家GerbrandCeder，伯克利材料科學(xué)與工程系教授說。“這是我們第一次有一個非常便宜的元件，可以在電池中進(jìn)行大量的電子交換?！?/p>

　　這項研究將在4月12日的“自然”雜志上發(fā)表。這項工作是加州大學(xué)伯克利分校，伯克利實驗室，阿貢國家實驗室，麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)圣克魯斯分校的科學(xué)家之間的合作。

　　在今天的鋰基電池中，鋰離子儲存在負(fù)極（帶負(fù)電的電極）中，它們是分層結(jié)構(gòu)。鈷對維持這種分層結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。當(dāng)電池充電時，鋰離子被從負(fù)極拉到電池單元的另一側(cè)，即正極。負(fù)極中沒有鋰離子有很大的空間。大多數(shù)金屬離子會涌入該空間，這將導(dǎo)致負(fù)極失去其結(jié)構(gòu)。但鈷是少數(shù)幾種不會移動的元素之一，對電池行業(yè)至關(guān)重要。

　　2014年，Ceder的實驗室發(fā)現(xiàn)了一種負(fù)極可以在沒有這些層的情況下保持高能量密度的方式，這種概念被稱為無序巖鹽。這項新研究表明，錳可以在這個概念內(nèi)發(fā)揮作用，這是遠(yuǎn)離鈷依賴性的一個很有希望的一步，因為錳存在于泥土中，使其成為一種便宜的元素。

　　“為了解決鈷的資源問題，你必須擺脫負(fù)極的這種分層，”Ceder說?！盁o序的正極讓我們可以玩更多的元素周期表?！?/p>

　　在這項新研究中，Ceder的實驗室展示了如何使用新技術(shù)從負(fù)極獲得大量容量。科學(xué)家利用一種稱為氟摻雜的工藝，將大量的錳納入負(fù)極。具有適當(dāng)電荷的更多的錳離子允許負(fù)極容納更多的鋰離子，從而增加電池的容量。

　　其他研究小組試圖使用氟摻雜負(fù)極，但尚未取得成功。Ceder說他的實驗室在無序結(jié)構(gòu)上的工作是他們成功的關(guān)鍵。

　　負(fù)極性能是以每單位重量的能量來衡量的，稱為每千克瓦時。無序錳負(fù)極每千克接近1000瓦時。典型的鋰離子負(fù)極在每千克500-700瓦時。

　　“在電池領(lǐng)域，這是一個超過傳統(tǒng)負(fù)極的巨大進(jìn)步，”主要作者JinhyukLee說，他是研究期間Ceder實驗室的博士后研究員，現(xiàn)在是麻省理工學(xué)院的博士后。

　　該技術(shù)需要擴(kuò)大規(guī)模并進(jìn)行更多測試，以確定它是否可用于筆記本電腦或電動車等應(yīng)用。但Ceder表示，這項技術(shù)是否真正將其放入電池內(nèi)部并不重要;研究人員為負(fù)極設(shè)計開辟了新的可能性，這更為重要。

　　“你幾乎可以使用元素周期表中的任何元素，因為我們已經(jīng)證明負(fù)極不必分層，”Ceder說?！巴蝗婚g我們有更多的化學(xué)自由，我認(rèn)為這就是真正的興奮之所在，因為現(xiàn)在我們可以對新負(fù)極進(jìn)行探索?！?/p>