世界上的手機比人還多。幾乎所有這些電池都由可充電鋰離子電池供電，這是過去幾十年中實現便攜式電子產品革命的最重要組成部分。如果這些設備沒有足夠的功率可以持續至少幾個小時而不會那麼特別沉重，那麼這些設備都不會對用戶有吸引力。
鋰離子電池也可用於大型應用，如電動汽車和智能電網儲能系統。研究人員在材料科學方面的創新，試圖改進鋰離子電池，正在為更多性能更好的電池鋪平道路。已經具有可形成不會著火或爆炸的高容量電池。許多人都夢想著能夠在幾分鐘甚至幾秒鐘內充電的更快，更輕的電池，而且能夠存儲足夠的能量來為設備供電數天。
研究人員正在更加大膽地思考。如果汽車和電網存儲系統能夠在多年甚至幾十年內放電和充電數萬次的話，那樣電池的發展情況會更好。維護人員和客戶更希望電池能夠自我監控，並在電池損壞或無法達到最佳性能時發出警報，甚至能夠自我斷電並進行自行修復。而且，將兩用電池集成到產品結構中，既有助於塑造智能手機、汽車或建築的外形，又能為其功能提供動力。
新興材料
在大多數情況下，能量儲存的進步將依賴於材料科學的持續發展，推動現有電池材料的性能極限並開發全新的電池結構和組合物。
電池行業已經在努力降低鋰離子電池的成本，包括從被稱為陰極的正極上去除昂貴的鈷。這也會降低這些電池的人力成本，因為世界上鈷的主要來源剛果的許多礦山都是使用兒童來做艱難的體力勞動而得來的。
由同步電子器件產生的X射線可以照亮電池的內部工作。
研究人員正在尋找用主要由鎳製成的陰極代替含鈷材料的方法。最終，他們可以用錳代替鎳。與其前身相比，這些金屬中的每一種都更便宜，更豐富，更安全。但他們需要權衡，因為它們具有縮短電池壽命的化學特性。
研究人員還在考慮用可能更便宜且更安全的離子和電解質替換在兩個電極之間穿梭的鋰離子，如基於鈉，鎂，鋅或鋁的鋰離子。
研究小組研究了使用二維材料的可能性，這些材料基本上是極薄的具有有用電子特性的物質。石墨烯可能是其中最著名的 - 一片碳只有一個原子厚。我們想看看是否堆疊各種二維材料的層，然後用水或其他導電液體滲透堆疊可能是電池的關鍵組件，可以非常快速地充電。
看著裡面的電池
它不僅僅是擴展電池創新世界的新材料：新的設備和方法也讓研究人員能夠比以往更容易地看到電池內部發生的情況。
過去，研究人員通過特定的充放電過程或循環次數運行電池，然後從電池中取出材料並在事後檢查。只有這樣，學者才能瞭解在此過程中發生了什麼化學變化，並推斷電池實際工作情況以及影響其性能的因素。
但現在，研究人員可以在電池材料經歷能量存儲過程時觀察電池材料，實時分析其原子結構和成分。可以使用複雜的光譜技術，例如可用於稱為同步加速器的粒子加速器的X射線技術- 以及電子顯微鏡和掃描探針 - 觀察離子移動和物理結構隨著能量儲存和釋放材料而變化在電池裡。
這些方法讓像我這樣的研究人員想象出新的電池結構和材料，製造它們，看看它們的工作情況有多好。這樣，我們就能夠保持電池材料的革命。
文章轉載至公眾號：石墨烯雷達