斯坦福大學的一個研究團隊，包括前能源部長朱棣文在內，認為他們已經實現了鋰電池設計的“聖盃”：一個由純鋰製成的陽極，可以將電動汽車的續航里程提高到300英里。
鋰離子電池是當今市場上最常見的可充電電池型別之一。但是，大多數電池（如智慧手機和電動汽車中的電池）都使用由石墨或矽製成的陽極。
如今，鋰離子電池中的鋰存在於電解液中。電解液中的電子在充電期間流向陽極，如果陽極也由鋰製成，則電池將能夠產生更大的功率，並且重量更輕。
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然而，到目前為止，鋰陽極一直無法使用。該材料在充電過程中會膨脹，在表面上產生裂縫，釋放鋰離子，並形成雜亂的、毛髮狀的生長物，稱為枝晶，它們伸出並使電池短路。鋰陽極也與鋰電解液具有高度的化學反應性，並可能過熱到起火甚至爆炸的地步。
在特斯拉汽車公司製造的三輛電動汽車去年因撞到道路碎片後發生碰撞並起火後，鋰離子電池的潛在易燃性受到了審查（綠色電訊，2013年11月8日）。
斯坦福大學的團隊認為，他們已經透過一種由微小的碳穹頂（稱為奈米球）組成的保護層解決了這些問題，這些碳穹頂在陽極上形成了一個靈活的蜂窩狀遮蔽層。 奈米球壁只有20奈米厚，足夠堅固且足夠靈活，可以在電池的充放電迴圈期間隨著陽極的膨脹和收縮而上下移動。
馴服一種困難的金屬
研究人員在本週發表在《自然·奈米技術》雜誌上的一份報告中詳細介紹了他們的工作。
材料科學與工程教授兼研究團隊負責人崔屹說：“我們現在正在尋找更高能量密度的電池，而石墨[陽極]無法再做到這一點。”
崔屹說，憑藉其輕便的重量和高能量密度，鋰作為陽極具有最大的潛力。 他補充說，碳奈米球介面“提高了回收效率，並減少了電解質的副化學反應”。
輕便，高能量的鋰陽極也可以在使鋰離子電池更具商業可行性方面取得長足的進步。根據斯坦福大學的團隊的說法，奈米球層有助於提高電池的庫侖效率，即電池在使用過程中提取的鋰量與充電過程中放回的鋰量之比。
以前的鋰陽極達到了96％的庫侖效率，但是在100個迴圈後降至50％以下。這種新型的鋰陽極在150個迴圈中達到了99％的效率。
崔屹說，在未來幾年中，該團隊希望改進電池設計，以提高庫侖效率並將其維持在500到1,000個迴圈。
與內燃機競爭？
前能源部長兼諾貝爾獎獲得者朱棣文最近恢復了他在斯坦福大學的教授職位，並且是崔屹團隊的成員。 在新聞稿中，他說新的鋰陽極設計可以將電池容量提高四倍。
朱棣文說：“您可能會擁有一部電池續航時間是原來的兩倍或三倍的手機，或者一輛續航里程為300英里，價格僅為25,000美元的電動汽車，這與每加侖行駛40英里的內燃機具有競爭力。”
朱棣文今年還加入了一家名為Amprius Inc.的先進電池初創公司，該公司是崔屹六年前共同創立的，專門從事高容量鋰離子電池（綠色電訊，1月20日）。
約翰·古迪納夫（John Goodenough）在1970年代發明了最初的鋰離子電池，並且仍在從事該技術的研究，他稱斯坦福大學的設計是“重要的一步”。
但是，現在是德克薩斯大學奧斯汀分校的機械工程和材料科學教授的古迪納夫說，他也在研究自己的鋰陽極設計。他補充說，這項技術離商業可行性還很遙遠。
他說：“我認為它遠沒有解決所有問題，但這總算是一個進步。”
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