美国稳定金属锂负极电池的发展，为超轻、超小型、超大容量电池的出现铺平了道路。
锂阳极被称为电池设计和制造的“圣杯”，因为它使电池具有极高的能量密度。
这是科学家几十年来孜孜以求的目标。
日前，美国斯坦福大学的一组研究人员声称已经制造出稳定的金属锂阳极电池，朝着这一目标迈出了一大步。
研究人员表示，新的研究有望使超轻、超小型、超大容量的电池成为现实，这可能有利于可穿戴设备、手机和电动汽车。
相关论文发表在最新一期的《自然·纳米技术》杂志上。
领导这项研究的斯坦福大学材料科与工程学院（音译）教授·崔毅表示，在所有可用于制造电池阳极的材料中，锂的潜力最大。
它非常轻并且具有非常高的能量密度，这有望使质量更轻、更小的电池具有更大的容量。
但制作锂阳极非常困难，以至于很多科学家在坚持多年后不得不放弃。
目前，制造锂负极至少面临两个挑战：一是充电过程中锂的膨胀。
充电时，锂离子聚集在一起并膨胀。
所有阳极材料，包括石墨和硅，都会膨胀，但膨胀程度不及锂。
相对于其他材料，锂的膨胀“几乎是无限的”。
不仅如此，这种膨胀是不均匀的，会导致凹坑和裂缝。
这些裂缝使得有价值的锂离子逸出并形成毛发或苔藓生长。
这可能会导致电池短路，严重缩短其使用寿命。
二是锂负极与电解液接触后活性很高。
这会消耗电解质并缩短电池寿命。
另一个问题是它们在接触时也会发热。
过热会引起燃烧甚至爆炸，这是一个严重的安全问题。
“虽然这么困难，但我们还是找到了解决问题的办法。
”在崔毅实验室工作、该论文第一作者的郑光远博士（音译）说道。
物理学家组织网络7月28日报道，为了解决这些问题，研究人员利用碳为锂阳极制造了一种名为“纳米球”的纳米保护层。
这些纳米球保护层外观像蜂窝，可弯曲且化学稳定，厚度仅为20纳米。
崔毅表示，纳米球由看不见的碳制成，具有良好的化学稳定性、强度和柔韧性。
它不仅可以防止里面的锂与电解液接触，而且具有一定的机械强度，可以承受充电过程中锂负极的膨胀。
从技术上来说，纳米球可以大幅度提高电池的库仑效率（也叫充放电效率），即在一定的充放电条件下，放电时释放的电荷与充电时所带电量的百分比。
一般情况下，为了满足日常使用的需要，电池应能实现99.9%以上的充放电效率。
实验表明，未受保护的锂负极可以实现96%的充放电效率，但在第一次充放电循环后只能达到50%，这显然是不够的。
斯坦福大学团队的新型锂电极在多次充放电循环后仍能保持99%的充放电效率。
99%和96%之间的电池充放电效率差异巨大。
崔毅表示：“虽然我们还没有达到99.9%的目标，但我们正在慢慢接近，新的设计与之前的技术相比实现了巨大的飞跃。
随着研究的进一步深入和新电解质的开发和采用，我们相信会成功就在拐角处。
”我们一直在追求强大的电池，把希望寄托在最有潜力的锂上。
正当世界各地的科学家试图突破锂电池发展的局限性时，斯坦福研究团队却给它穿上了纳米材料的“外衣”。
这一创造性的新尝试不仅弥补了传统锂电池的缺陷，而且为提高电池充放电效率做出了突出贡献。
随着小型化设备的不断增加，我们期望这项新技术能够帮助锂金属阳极电池腾飞，使未来的电池不仅使用安全，而且更轻、更小、电池寿命更长。
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