網易科技訊 8月7日消息，據連線雜志報道，從智能手機到筆記本電腦，從電動汽車到電子煙，鋰離子電池正為各種各樣的電子產品提供動力。但是，隨著鋰的潛力被開發至極致，研究人員正在努力尋找下一個電池突破點。

  如果你在智能手機上閱讀這篇文章，這意味著你正拿著一顆“炸彈”。在防護屏下，鋰（一種非常易揮發的金屬，一旦與水接觸就會被點燃）的化合物正在被分解，并在強大的化學反應中重新構建，這種化學反應為現代世界提供了不可或缺的動力。

  鋰正被應用在手機、平板電腦、筆記本電腦以及智能手表中，并且存在于我們的電子煙和電動汽車上。它身輕體軟，且屬于能量密集型物質，這使它成為便攜式電子產品的完美動力之源。但是，隨著消費技術變得越來越強大，鋰離子電池技術卻始終難以跟上步伐。現在，就在全世界都對鋰上癮之際，科學家們正爭相重新發明為世界提供動力的電池。

  巨大的發光屏幕、更快的處理速度、快速的數據連接以及輕薄的設計時尚，這些都意味著許多智能手機的電量很難支持使用一整天。有時候，手機用戶甚至要多次充電。在使用兩年后，很多設備的電池續航時間都會急劇縮短，不得不被扔進垃圾堆。鋰的巨大優勢也是它最大的弱點。它是不穩定的，可能會爆炸。鋰離子筆記本電腦電池的能量與手榴彈相差無幾。Ionic Materials創始人兼首席執行官邁克·齊默爾曼(Mike Zimmerman)說：“口袋里有部智能手機就像口袋里揣著煤油一樣。”

  齊默爾曼在他位于美國馬薩諸塞州沃本（Woburn）的公司研究實驗室，親眼目睹了這種燃燒效果。在一項實驗中，一臺機器通過電池組驅動釘子，電池組迅速膨脹，就像微波爐里的爆米花一樣，然后發出明亮的閃光。過去50年的電池研究始終在性能和安全性之間走鋼絲，即在不把鋰推向極端的情況下，盡可能多地擠出能量。

  我們現在也在這樣做。據預測，到2022年，全球的電池市場規模將達到250億美元。但消費者認為，在一項又一項的調查中，電池續航時間是智能手機最受關注的功能。隨著未來十年能耗更高的5G網絡普及，問題只會越來越嚴重。而對于那些能夠解決問題的人來說，他們將會得到巨大的回報。

  Ionic Materials公司只是數十家公司中的一員，它們正在進行從根本上重新思考電池問題的史詩競賽。不過，這場競賽被錯誤的開端、痛苦的訴訟以及失敗的初創公司所困擾。但在經過十年的緩慢發展之后，希望仍在。世界各地的初創企業、大學和資金雄厚的國家實驗室的科學家們，正在使用復雜的工具尋找新材料。他們似乎即將大幅提高智能手機電池的能量密度和續航時間，并創造更環保、更安全的設備，這些設備將在幾秒鐘內完成充電，并足夠持續全天使用。

  電池通過分解化學物質來發電。自從1799年意大利物理學家亞歷山德羅·沃爾塔(Alessandro Volta)發明了電池，用來解決關于青蛙的爭論以來，每塊電池都有相同的關鍵部件：兩個金屬電極——帶負電的陽極和帶正電的陰極，由被稱為電解質的物質隔開。當電池連接到電路時，陽極中的金屬原子會發生化學反應。它們失去一個電子，變成帶正電荷的離子，并通過電解質被吸引到正極。與此同時，電子（也帶負電荷）則會流向陰極。但是它并沒有通過電解質，而是通過電路在電池的外部傳播，為它連接的設備供電。

  陽極上的金屬原子最終會耗盡，此時意味著電池耗盡電量。但在可充電電池中，可以通過充電來逆轉這一過程，從而迫使離子和電子回到原位，準備再次啟動循環之旅。純金屬制成的電極無法承受原子不斷進出的壓力而不發生坍縮，因此可充電電池必須使用組合材料，使陽極和陰極通過重復的充電循環保持形狀。這種結構可被比作公寓建筑，其中有用于反應性元素的“房間”。可充電電池的性能在很大程度上取決于你能以多快的速度在這些房間里進出，而不會導致建筑物倒塌。

  1977年，年輕的英國科學家斯坦·惠廷漢姆(Stan Whittingham)在新澤西州林登(Linden)的埃克森公司(Exxon)工廠工作，他建造了一個陽極，用鋁來形成“公寓街區的墻壁和地板”，用鋰作為活性材料。當他給電池充電時，鋰離子從陰極移動到陽極，在鋁原子之間的空隙中沉淀。當放電時，他們向另一個方向移動，通過電解質回到陰極一側的空間。

  惠廷漢姆發明了世界上第一個可充電的鋰電池，這種硬幣大小的電池足以為太陽能手表提供動力。但當他試圖增加電壓（使更多離子進出）或試圖制造更大的電池時，它們就會繼續燃燒。1980年，在牛津大學工作的美國物理學家約翰·古德諾夫(John Goodenough)取得了突破。古德諾夫是一名基督徒，曾在第二次世界大戰中擔任美國陸軍氣象學家，他也是金屬氧化物方面的專家。他懷疑，與惠廷漢姆使用的鋁化合物相比，肯定有某種物質能為鋰提供更堅固的牢籠。