电量是过去的五倍的新型电池研发

受人类肠道解剖学的启发，科学家们已研发出一种新型的电池原型，这种由生物学理论支撑的方法能够为我们的数字设备提供更为强大的能源来源。

我们平常应用于智能手机和笔记本电脑的电池是锂离子电池，而这种电池原型能提供五倍的锂离子电池能源密度。对比来看，它运用了锂硫电池及肠道模拟设计，该设计能最终使得这些高能源密度的电池电量持久，足以应用于商业范畴。

本研究由英国剑桥大学的一支团队主导，虽然锂硫电池有着超高的能源密度，但其退化比锂离子电池的退化快很多，而这项研究就克服了这一主要问题。

当锂-硫磺电池处于放电状态时，电解时阴极中的硫磺（原电池的正极）吸收来自阳极（原电池的负极）中的锂。这种相互作用使得硫磺分子转化成名为多硫化物的链状结构。

在电池经历了无数次充电和放电的循环后，该反应开始给阴极施压，导致多硫化物结构的小块片断开并进入至电池内连接两极的电解质。

一旦发生这种现象，电池就开始退化，因为电池内部储存能源的活跃材质正在流失。

模拟肠道电池的灵感正是来源于此。

我们人体内的小肠内有千千万万的微小的、指状的突出物——绒毛。这些突出物从肠壁开始在肠内进行扩散，帮助我们在消化过程中吸收营养。

要实现这种功能，这些绒毛要极大地扩大人体肠内层的表面积，扩大次数高达约30次。

运用同一原理，该团队仿照绒毛发展了一种较轻的纳米结构材料。因此，当多硫化物结构破裂时，电池内的突出物就能抓住这些破裂的物质，避免它们流入电解质。

这种绒毛状的结构层是由微小的氧化锌金属丝构成的，它覆盖了电池两极的表面。当电池内的活跃物质出现松散现象时，这些金属丝能有效锁住这些物质，确保它能实现阴阳两极的电气化学连接，从而避免电池的退化。

“这种结构层看似琐碎，但意义重大，”来自剑桥大学的材料科学家保罗·考克森（PaulCoxon）说，“它使得我们突破阻碍发展更优电池的瓶颈，并向前进了一大步。”

虽然锂硫电池已发展了数年，由于硫磺会熔于电解质导致电池失效，实现锂硫电池技术的商业化对于任何人来说都是难题。

然而，在绒毛状物质的帮助下，未来锂硫电池商业化的实现将不成问题。

“配以有序的纳米结构，化学功能的结构层能在电池充电和放电的过程中锁住并重新利用熔解的活跃物质，这还是头一次！”研究人员之一赵腾说。

“通过利用来源于自然世界的灵感，我们能够找到对策，实现加快下一代电池发展的愿望。”

测试显示，在200次的充电循环后，纳米结构确保电池原型每次充电循环只损失约0.05%的能源能力，这使得锂硫电池几乎和每次充电循环损耗平均0.025%-0.048%能力的锂离子电池同样的稳定。

研究人员承认他们的电池原型目前只用于验证概念，这意味着还需要好几年的时间，锂硫电池才能出现在我们的智能手机、相机和掌上游戏机中。

但既然我们知道了如何稳定能源的载体，就意味着我们朝更强力的电池进了一大步，也意味着我们正在摆脱锂原子电池的局限性。

“这是一种把我们从一些令人困扰和尴尬的小问题中解救出来的方式，”考克森说。

“我们已经和我的电子设备合为一体了——最终，我们只能尽力把这些设备的运行变得更好，从而让我们的生活更加美好。”