多年來，電池一直是大多數(shù)電子消費品的薄弱環(huán)節(jié)。以智能手機為例，雖然技術(shù)日新月異，手機已經(jīng)可以直接觀看高清影像，但是看不了多久就要充電。筆記本電腦雖然裝上了雙核、能夠揮灑自如地執(zhí)行多任務(wù)，但只要全力運行幾小時，內(nèi)部的電池就會耗盡。我們都經(jīng)歷過這樣的尷尬――等待重要來電時，手機卻沒電了；最喜歡的歌曲快要開始，iPod的指示燈卻滅了；死命跑到咖啡館，只為給筆記本電腦充電。多虧美國一組科學(xué)家最近取得的突破，這樣的尷尬將會越來越少。

著眼源頭，巧用夾心

這個研究組來自芝加哥的西北大學(xué)，研究帶頭人是芝大化學(xué)和生物工程系的教授哈羅德?？撞┦浚℉aroldKung）?？撞┦亢退耐市?，通過在電池中添加新的材料，他們已經(jīng)能讓電池的儲電量和充電速度大大提高。近期的《高級能量材料》（AdvancedEnergyMaterials）雜志上刊登了對這項創(chuàng)新的介紹，執(zhí)筆的孔博士等人在文中對新技術(shù)做了詳細(xì)描述。

這項研究的對象是鋰離子電池?，F(xiàn)在市場上的大多數(shù)可充電設(shè)備都靠鋰離子電池供電，以目前的技術(shù)而論，它有兩個主要缺陷：一是電力供應(yīng)有限，二是充電速度緩慢。眼下正有越來越多的消費者使用智能手機和平板電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)密集的操作，比如看電影、玩游戲、上網(wǎng)瀏覽等等。因此，電池的性能自然就成為了大家關(guān)注的焦點。

為了提高用電效率，廠商紛紛在自己的產(chǎn)品上動起了腦筋，例如蘋果就剛剛完成了iPhone4S的軟件更新，以解決耗電過快的問題；不久前發(fā)明的E-MiLi技術(shù)可以阻止手機在休眠模式下搜索信號，從而延長電池的續(xù)航能力；新問世的硅芯片可使處理器的效率倍增，讓設(shè)備在不耗盡電池的前提下完成密集操作；手機廠商甚至研發(fā)了透明的太陽能顯示屏貼膜，讓智能手機能在陽光中充電。

以上創(chuàng)意的出發(fā)點都是提高設(shè)備的用電效率；而孔博士等人的目標(biāo)，則是增強電池本身的性能，從源頭上解決電力不足的問題。

顧名思義，鋰離子電池就是內(nèi)部含有鋰離子的電池。每一塊鋰離子電池的正極都安裝了好幾層名叫“石墨烯”的材料，石墨烯是層層疊疊的碳原子，鋰離子位于這些碳層之間，每當(dāng)電池充電或者耗電時，它們就從一個碳層移動到另一個碳層。充電，就是將鋰離子送往電池正極的過程，當(dāng)所有離子都抵達(dá)正極，電池就充滿了。而在設(shè)備投入使用的時候，電池中的鋰離子就開始逐漸向負(fù)極移動，當(dāng)它們?nèi)康诌_(dá)負(fù)極，電力即告耗盡。

孔博士和同事的目標(biāo)是增加鋰離子電池的能量密度；換言之，如何在電池中儲存更多能量，以及如何更快地將能量存入取出。他們決定從改變電池正極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)著手。

鋰離子電池的儲電量是由電池內(nèi)部的鋰離子數(shù)量決定的。在由石墨烯組成的傳統(tǒng)鋰離子電池中，每六個碳原子可容納一個鋰原子。為了增加儲電量，科學(xué)家試過用硅來替換碳；硅的容量比碳大，每四個硅原子就能容納一個鋰原子，因此更善于儲電，但硅也有它的缺點，就是會在充電時膨脹收縮、發(fā)生碎裂，從而使電池迅速失去電力。