锂电池新改造：iPhone电量支撑一周

多年来，电池一直是大多数电子消费品的薄弱环节。以智能手机为例，虽然技术日新月异，手机已经可以直接观看高清影像，但是看不了多久就要充电。笔记本电脑虽然装上了双核、能够挥洒自如地执行多任务，但只要全力运行几小时，内部的电池就会耗尽。我们都经历过这样的尴尬――等待重要来电时，手机却没电了；最喜欢的歌曲快要开始，iPod的指示灯却灭了；死命跑到咖啡馆，只为给笔记本电脑充电。多亏美国一组科学家最近取得的突破，这样的尴尬将会越来越少。

着眼源头，巧用夹心

这个研究组来自芝加哥的西北大学，研究带头人是芝大化学和生物工程系的教授哈罗德。孔博士（HaroldKung）。孔博士和他的同仁宣布，通过在电池中添加新的材料，他们已经能让电池的储电量和充电速度大大提高。近期的《高级能量材料》（AdvancedEnergyMaterials）杂志上刊登了对这项创新的介绍，执笔的孔博士等人在文中对新技术做了详细描述。

这项研究的对象是锂离子电池。现在市场上的大多数可充电设备都靠锂离子电池供电，以目前的技术而论，它有两个主要缺陷：一是电力供应有限，二是充电速度缓慢。眼下正有越来越多的消费者使用智能手机和平板电脑进行数据密集的操作，比如看电影、玩游戏、上网浏览等等。因此，电池的性能自然就成为了大家关注的焦点。

为了提高用电效率，厂商纷纷在自己的产品上动起了脑筋，例如苹果就刚刚完成了iPhone4S的软件更新，以解决耗电过快的问题；不久前发明的E-MiLi技术可以阻止手机在休眠模式下搜索信号，从而延长电池的续航能力；新问世的硅芯片可使处理器的效率倍增，让设备在不耗尽电池的前提下完成密集操作；手机厂商甚至研发了透明的太阳能显示屏贴膜，让智能手机能在阳光中充电。

以上创意的出发点都是提高设备的用电效率；而孔博士等人的目标，则是增强电池本身的性能，从源头上解决电力不足的问题。

顾名思义，锂离子电池就是内部含有锂离子的电池。每一块锂离子电池的正极都安装了好几层名叫“石墨烯”的材料，石墨烯是层层叠叠的碳原子，锂离子位于这些碳层之间，每当电池充电或者耗电时，它们就从一个碳层移动到另一个碳层。充电，就是将锂离子送往电池正极的过程，当所有离子都抵达正极，电池就充满了。而在设备投入使用的时候，电池中的锂离子就开始逐渐向负极移动，当它们全部抵达负极，电力即告耗尽。

孔博士和同事的目标是增加锂离子电池的能量密度；换言之，如何在电池中储存更多能量，以及如何更快地将能量存入取出。他们决定从改变电池正极的内部结构着手。

锂离子电池的储电量是由电池内部的锂离子数量决定的。在由石墨烯组成的传统锂离子电池中，每六个碳原子可容纳一个锂原子。为了增加储电量，科学家试过用硅来替换碳；硅的容量比碳大，每四个硅原子就能容纳一个锂原子，因此更善于储电，但硅也有它的缺点，就是会在充电时膨胀收缩、发生碎裂，从而使电池迅速失去电力。