鋰離子電池使我們現(xiàn)在認(rèn)為理所當(dāng)然的輕量級電子設(shè)備成為可能，也使電動汽車快速發(fā)展成為可能。但是，世界各地研究人員正在繼續(xù)挑戰(zhàn)極限，以實(shí)現(xiàn)更高能量密度，即在給定質(zhì)量材料中可以儲存更多能量，從而提高現(xiàn)有設(shè)備性能，并有可能實(shí)現(xiàn)新應(yīng)用，如長距離無人機(jī)和機(jī)器人。

一種很有前途的方法是使用金屬電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨，在陰極有更高的充電電壓。然而，這些努力一直受阻于與分離電極的電解液發(fā)生的各種不必要化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院和其他地方的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一種新型電解質(zhì)，它能克服這些問題，并能使下一代電池的單位重量功率大幅躍升，同時又不犧牲循環(huán)壽命。

麻省理工學(xué)院教授Ju Li、Yang Shao-Horn和Jeremiah Johnson，博士后薛偉江，以及麻省理工學(xué)院、兩個國家實(shí)驗(yàn)室和其他地方的其他19人在《自然能源》雜志上發(fā)表論文，報告了這項(xiàng)研究。研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)可以使現(xiàn)在通常每公斤能儲存約260瓦時的鋰離子電池，有可能達(dá)到每公斤儲存約420瓦時。這將轉(zhuǎn)化為電動汽車更長的續(xù)航里程和便攜式設(shè)備上更持久的電力。

在布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室拍攝的X射線斷層圖像顯示，使用傳統(tǒng)電解液的電池一個電極中的顆粒出現(xiàn)了裂紋。研究人員發(fā)現(xiàn)，使用一種新型電解質(zhì)可以防止大部分的這種裂紋。這種電解質(zhì)的基本原料價格低廉，而且制造它的過程也很簡單。所以，研究人員表示，這一進(jìn)展可以比較快地實(shí)現(xiàn)。

幾年前，這個研究小組的一些成員開發(fā)了這種電解質(zhì)，但用于不同的應(yīng)用。它是開發(fā)鋰空氣電池的努力的一部分，而鋰空氣電池被視為最大化電池能量密度的最終長期解決方案。但這種電池的開發(fā)仍然面臨許多障礙，這種技術(shù)可能還需要幾年時間。

這種電極材料的新應(yīng)用是 "有些偶然地 "發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)閹啄昵?，最初是在一家旨在開發(fā)鋰空氣電池的合作企業(yè)中開發(fā)出來的。現(xiàn)在還真的沒有什么東西可以讓鋰空氣電池很好的充電，與現(xiàn)有的液體電解質(zhì)相比，研究人員設(shè)計了這些有機(jī)分子，希望可能賦予其穩(wěn)定性。他們開發(fā)了三種不同的基于磺酰胺的配方，他們發(fā)現(xiàn)這些配方對氧化和其他降解效應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡挚沽?。然后研究人員決定用更標(biāo)準(zhǔn)的陰極來代替這種材料進(jìn)行嘗試。

他們現(xiàn)在使用的這種電解液的電池電極類型，是一種含有一些鈷和錳的氧化鎳，是當(dāng)今電動汽車行業(yè)的主力軍，由于電極材料在充電和放電的過程中會異性膨脹和收縮，因此在使用傳統(tǒng)電解質(zhì)時，可能會導(dǎo)致開裂和性能下降。但在與布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室合作的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，使用新的電解液可以大幅降低這些應(yīng)力腐蝕開裂退化的情況。