華裔科學(xué)家領(lǐng)銜研究，能量更強(qiáng)體積更小，納米電池將淘汰鋰電池？

在過(guò)去幾十年里，各種高精尖技術(shù)都經(jīng)歷了指數(shù)級(jí)的性能提升，而與此相比，電池技術(shù)的進(jìn)展卻困難得多。最優(yōu)秀的鋰離子電池的能量密度約為700Wh/L，盡管這個(gè)成就可圈可點(diǎn)，但并未達(dá)到突破性水平，直到納米電池的出現(xiàn)。

研究發(fā)展中的納米電池

市場(chǎng)上最尖端的鋰離子電池的能量密度700Wh/L，這個(gè)700Wh/L指的是電池的能量密度，數(shù)值表示每升電池容積可以存儲(chǔ)的能量為700瓦時(shí)。所謂的能量密度是衡量電池性能的最重要指標(biāo)，表示單位體積內(nèi)所存儲(chǔ)的能量數(shù)量。

納米電池作為一種利用納米級(jí)技術(shù)制造的電池，其能量密度比鋰電池最多能多出百分之40。它與我們常見的電池不同，納米電池中使用了非常小的顆粒材料，其尺寸小于100納米，這些顆粒的尺寸比我們的頭發(fā)絲還要細(xì)。

因?yàn)榧{米電池非常小，所以它們可以更高效地儲(chǔ)存和釋放能量，這意味著納米電池可以提供更長(zhǎng)的使用時(shí)間和更高的能量密度，讓電子設(shè)備持續(xù)更久時(shí)間地工作。納米電池的使用場(chǎng)景也很豐富，甚至多個(gè)納米電池還可以組合在一起形成大型電池，例如納米孔電池。

納米電池的發(fā)展還在不斷進(jìn)行中，有許多技術(shù)問(wèn)題和成本問(wèn)題還未解決，畢竟對(duì)電池技術(shù)的升級(jí)一直以來(lái)都是難關(guān)�？茖W(xué)家們希望通過(guò)納米技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提升電池的性能和功能，為我們的電子設(shè)備提供更好的電力支持，讓它們更持久、更可靠。

納米電池與鋰電池

首先，納米電池和鋰電池在電池內(nèi)部所使用的材料不同，傳統(tǒng)的鋰離子電池技術(shù)使用的是粒徑在5到20微米之間的活性材料，如氧化鈷或氧化錳，而納米電池則使用納米級(jí)的材料，尺寸更小但是能量更大。

這些材料的大小與納米電池的材料大小相比，可以說(shuō)是差距懸殊，它們比納米電池的材料大了100多倍。其次，納米電池在能量密度和體積方面也具有著更大的優(yōu)勢(shì)。由于納米級(jí)顆粒的特殊結(jié)構(gòu)，納米電池可以提供更高的能量密度。

與此同時(shí)，納米電池的體積卻更小，這意味著它們可以在相對(duì)較小的空間內(nèi)提供更多的電力。最后，納米電池還可以有效控制體積膨脹的問(wèn)題。所謂的體積膨脹問(wèn)題是指電池內(nèi)部的某些組件在使用過(guò)程中膨脹或增大，導(dǎo)致電池整體的尺寸增加。

這通常是由電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)和物理變化共同引起的，出現(xiàn)體積膨脹問(wèn)題后，電池內(nèi)部的壓力增加就會(huì)導(dǎo)致電池泄漏、短路或損壞。然而納米電池由于顆粒小且結(jié)構(gòu)特殊的原因，它可以規(guī)避掉體積膨脹的風(fēng)險(xiǎn)，提供更穩(wěn)定可靠的性能。

納米電池的技術(shù)難關(guān)

世界范圍內(nèi)，有很多研究人員和學(xué)者都在積極地研究納米電池，并希望能夠提高其量產(chǎn)的可能性，并將之推廣到更大的市場(chǎng)中。這其中就有華裔科學(xué)家新星崔屹，他正在努力將納米技術(shù)與電池相結(jié)合，將納米電池推向一個(gè)新的高度。

另外，通過(guò)使用納米材料，東芝公司突破了鋰電池的瓶頸，使顆粒能夠穿過(guò)液體并更快地為電池充電。美國(guó)也開發(fā)了一種納米電池，其陽(yáng)極和陰極均采用環(huán)保納米材料，是一種“綠色”電池。索尼也不甘落后，自第一塊鋰離子電池問(wèn)世以來(lái)，索尼對(duì)納米電池的研究一直在進(jìn)行。

不過(guò)，納米電池的研究和發(fā)展也有很多局限。首先，納米材料制備的成本很高，制備納米材料需要精密的工藝和控制，以確保其穩(wěn)定性和一致性。針對(duì)量產(chǎn)來(lái)說(shuō)，納米材料的制備技術(shù)仍然面臨成本高、復(fù)雜性高和規(guī)�；�生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。

其次，納米電池中的界面問(wèn)題也是一個(gè)重要的難題。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是電極和電解質(zhì)之間需要具有良好的離子和電子傳導(dǎo)性能，以實(shí)現(xiàn)高效的電池反應(yīng)。另外，在納米尺度上，界面效應(yīng)會(huì)更加敏感，容易導(dǎo)致電池性能的損失和不穩(wěn)定。

這代表著納米電池的循環(huán)壽命是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。畢竟納米級(jí)別的電極材料與電解質(zhì)的相互作用更為復(fù)雜，與鋰電池相比，納米電池更可能引發(fā)電池的容量衰減、內(nèi)阻增加和循環(huán)穩(wěn)定性下降等問(wèn)題。

最后，納米電池技術(shù)雖然已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中取得了一些進(jìn)展，但是紙上談兵的意味比較大，將其商業(yè)化仍然面臨一系列挑戰(zhàn)，包括成本效益、可擴(kuò)展性、安全性和大規(guī)模生產(chǎn)等方面。要實(shí)現(xiàn)納米電池的商業(yè)應(yīng)用，就需要先解決這些問(wèn)題。