全球各地的研究人員一直致力于尋求能夠比現(xiàn)在更小更輕的電池，這可能使電動汽車能夠進一步行駛或便攜式電子設(shè)備運行更長時間而無需充電。現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和中國的研究人員表示，他們已經(jīng)在這一領(lǐng)域取得了重大進展，推出了一種新型的鋰電池關(guān)鍵部件-正極。

該團隊將他們的概念描述為“混合”正極，因為它結(jié)合了以前使用的兩種不同方法的方面，一種是增加每磅能量輸出（重量能量密度），另一種是每升能量（體積能量）密度）。他們說，這種協(xié)同組合產(chǎn)生了一種既能提供兩者優(yōu)勢又能提供更多優(yōu)勢的產(chǎn)品。

這項工作今天在“自然能源”雜志上發(fā)表，該論文由麻省理工學(xué)院核科學(xué)與工程和材料科學(xué)與工程教授朱莉撰寫。薛偉江，麻省理工學(xué)院博士后;還有13個人。

今天的鋰離子電池傾向于使用由過渡金屬氧化物制成的正極（電池中的兩個電極之一），但是具有由硫制成的正極的電池被認(rèn)為是減輕重量的有前途的替代品。今天，鋰硫電池的設(shè)計者面臨著權(quán)衡。

這種電池的正極通常以兩種方式之一制成，稱為插層類型或轉(zhuǎn)換類型。使用諸如鈷酸鋰之類的化合物的插層類型提供高體積能量密度-由于其高密度，每體積包裝大量沖頭。這些正極可以保持它們的結(jié)構(gòu)和尺寸，同時將鋰原子結(jié)合到它們的晶體結(jié)構(gòu)中。

另一種稱為轉(zhuǎn)換型的正極方法使用在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化的硫，甚至?xí)簳r溶解在電解質(zhì)中。“從理論上講，這些[電池]具有非常好的重量能量密度，”Li說?！暗w積密度低，”部分原因是它們往往需要大量額外的材料，包括過量的電解質(zhì)和碳，用于提供導(dǎo)電性。

在他們的新混合系統(tǒng)中，研究人員已經(jīng)設(shè)法將這兩種方法結(jié)合到一個新的正極中，該正極結(jié)合了一種叫做Chevrel相的硫化鉬和純硫，它們共同提供了兩者的最佳方面。他們使用這兩種材料的顆粒并壓縮它們以制造固體正極?！八拖竦灼岷蚑NT一樣是爆炸性的，一種速效的，一種是每重量能量更高的一種，”Li說。

Li說，除了其他優(yōu)點之外，組合材料的導(dǎo)電性相對較高，因此減少了對碳的需求并降低了總體積。他說，典型的硫正極由20％至30％的碳組成，但新版本僅需要10％的碳。

使用新材料的凈效果是巨大的。今天的商用鋰離子電池的能量密度約為每千克250wh和每升700wh，而鋰硫電池最高可達每千克400瓦時，但每升只有400瓦時。Li說，新版本的初始版本尚未通過優(yōu)化過程，已經(jīng)達到每公斤超過360瓦時和每升581瓦時。就這些能量密度的組合而言，它可以擊敗鋰離子電池和鋰硫電池。

他說，通過進一步的工作，“我們認(rèn)為我們可以達到每公斤400瓦時和每升700瓦時”，后者的數(shù)字與鋰離子相當(dāng)。該團隊已經(jīng)比許多旨在開發(fā)大型電池原型的實驗室實驗更進一步：他們不再測試容量僅為幾毫安時的小型紐扣電池，而是生產(chǎn)了一種三層袋式電池（標(biāo)準(zhǔn)）用于電動車等產(chǎn)品的電池子單元，容量超過1,000毫安時。這與一些商用電池相當(dāng)，表明新設(shè)備確實符合其預(yù)測的特性。

到目前為止，新電池在失去太多功率有用之前，在充電-放電循環(huán)次數(shù)方面無法滿足鋰離子電池的使用壽命。但這種限制“不是正極的問題”;它與整體電池設(shè)計有關(guān)，“我們正在努力，”Li說。即使在目前的早期形式中，“這對于一些小眾應(yīng)用也很有用，例如遠程無人機”，其中重量和體積都比長壽更重要。

“我認(rèn)為這是一個新的研究領(lǐng)域，”Li說。