人類社會(huì)使用能源的歷程，從40億年前到200年前工業(yè)革命，都是使用的光合作用；而瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，二次工業(yè)革命的內(nèi)燃機(jī)，人類開始使用煤炭和石油等化石能源。而到最近，人類對(duì)能源講究綜合利用，要求對(duì)能源高效的采集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸。

而人類采集所有能源，都首先轉(zhuǎn)化為電能。儲(chǔ)存電能成為利用能源的重中之重，其中又以電化學(xué)裝置為主，從電容器到電池，到燃料電池，再到超級(jí)電容器。不同的應(yīng)用會(huì)使用不同的電化學(xué)裝置。

盧云峰教授在“智慧能源國際論壇”講到，電池的種類是五花八門，但目的其實(shí)殊途同歸，都是想把功率做大、能力密度做高，壽命做長。那如何把電池做好？回到自然界就明白，因?yàn)楣夂献饔镁褪堑厍蛏献钭钤嫉哪芰哭D(zhuǎn)換過程。

陽光在葉綠素上將水分解為電子和質(zhì)子，電子有電子通道，質(zhì)子有質(zhì)子通道。通過內(nèi)部合成，把二氧化碳變成碳?xì)洳牧?。這個(gè)過程中最重要的就是要有相互獨(dú)立的質(zhì)子、電子通道。

這個(gè)對(duì)鋰電池來說也是一樣，鋰離子電池最早就是磷酸鐵鋰對(duì)石墨。負(fù)極用石墨，正極用磷酸鐵鋰。放電時(shí)，嵌在石墨里頭的鋰失去電子，變成鋰離子，跑出來與磷酸鐵變成磷酸鐵鋰。

而鋰離子和電子的關(guān)系是相互依存的，沒有電子就沒有離子，沒有離子就沒有電子，兩者之間速度慢者決定了電池的功率。此外，鋰離子通道和導(dǎo)電線路的穩(wěn)定性影響著電池壽命。

從這過程可以看出來，要把鋰離子電池做成能量密度高，功率高，壽命也長的電池，建立高效穩(wěn)定的離子電子通道很重要。

而建立高效獨(dú)立的離子電子通道可以從材料上下功夫。鋰離子電池材料一般導(dǎo)電性不佳，而涂炭可增加導(dǎo)電性；鋰離子的通導(dǎo)性也不夠好，則可以把顆粒做小，如此一來，鋰離子不用移動(dòng)過長的距離，這也是為何市場上鋰電池電極材料越做越小的原因，此外，小顆粒能讓結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

目前對(duì)鋰電池的科研方向，大多也是如此。對(duì)于電極材料需要導(dǎo)離子，也需要導(dǎo)電子。科研的解決方案，一個(gè)是用石墨烯，一個(gè)是用碳管，當(dāng)然也可以用其他的碳合材料。然后把材料做成納米顆粒，或者納米線再與碳管復(fù)合在一起，如此就實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電子導(dǎo)離子的過程，同時(shí)還能把結(jié)構(gòu)做的很穩(wěn)定。

以納米線為例，納米線與與碳管交叉在一起的復(fù)合結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性非常好，是用于超級(jí)電容的絕佳材料。為了讓導(dǎo)離子的速度更快，還采用用了五氧化二釩，它是一種層狀材料，本身就擁有很大的空間，而我們可以把層間距進(jìn)一步從0.35納米擴(kuò)大到0.45納米，這樣鋰離子跑的更快。這種復(fù)合物不僅可以作為超級(jí)電容的材料，還能作為鈉電池、鈉電容的材料。畢竟鈉比較便宜，儲(chǔ)量也遠(yuǎn)多于鋰。

納米顆粒也是殊途同歸，但研究的更多。除了將納米顆粒與碳管直接混合，還有一種方法就是將很小的納米顆粒，做成球型和碳管組裝起來。這樣的結(jié)構(gòu)，能使電池的倍率更高，壽命更長。

值得一提的是，納米顆粒很多時(shí)候都是做成親油性的，也就是天然斥水。而另一種則是親水，這就需要特殊的處理辦法。通常情況下的碳管容易吸附丙烯酸，那在納米顆粒與碳管復(fù)合時(shí)就可以先讓碳管吸附一點(diǎn)丙烯酸。

此外，還有一種更簡單的方法叫噴霧干燥。也就是把納米顆粒、碳管或者導(dǎo)電的東西，直接進(jìn)行噴霧干燥，做成一個(gè)個(gè)顆粒。這樣有一個(gè)好處就是，在噴霧過程中，碳管會(huì)伸出來和氧化鐵之類的材料形成一種特殊結(jié)構(gòu)，使得材料外部不導(dǎo)電，而內(nèi)部卻有良好的導(dǎo)電性。這個(gè)技術(shù)原理跟噴霧奶粉一樣，極易工業(yè)化。

電池材料不僅有正負(fù)極，電解液也是極為關(guān)鍵的。目前科研人員研究出了一種添加劑，能實(shí)現(xiàn)電解液中的負(fù)離子不動(dòng)，只有正離子移動(dòng)，如此一來，鋰離子移動(dòng)速度將成幾何倍數(shù)的提高，電池可以高倍率的充放電，實(shí)現(xiàn)快充。