想象一下如下場景:你用手機中的gps搜尋附近評價較高的咖啡館.到了咖啡館,在排隊間歇,你用手機來自拍,并分享到社交網(wǎng)絡.開始品嘗到手的拿鐵時,你的眼睛可能又會盯著手機播放的電影.

上述場景對很多人來說都不陌生,但其存在的前提則是手機電池一直有電.

其實,電池一直是制約智能手機發(fā)展的瓶頸之一.并且,除了智能手機,太陽能電站、風電場也深受電池技術限制.這些場所亟需廉價、耐用且電量高的電池來存儲電能.

"電池幾乎成為了所有用電設備的'軟肋'."美國科羅拉多州立大學化學家amyprieto說.

為此,她成立了一家專門研制電能存儲設備的公司.該公司將推出一款比現(xiàn)有鋰離子電池更安全、更廉價、充電更快并且對環(huán)境更為友好的新型電池——發(fā)泡銅電池.

目前市面上的電池存在售價高、易發(fā)熱、壽命短且制造過程會污染環(huán)境等一系列缺點.但在amyprieto看來,其中有兩個缺點最為重要:能量密度低和功率密度低.

她解釋說,前者指傳統(tǒng)電池在現(xiàn)有體積的前提下,很難保證智能手機擁有兩天以上的續(xù)航時間;后者則指電池充電時間長達數(shù)小時,而不是幾分鐘.

amyprieto團隊通過重新設計一系列電池組件,如銅銻化物負極和聚合物電解質材料等來解決上述問題.其中,最為重要的設計是,該團隊利用一種發(fā)泡金屬——發(fā)泡銅來充當電池負極上的集流體(即將負責電池活性物質產(chǎn)生的電流匯集起來以便形成較大的電流對外輸出的部件).

amyprieto說,相比平面電極,發(fā)泡銅材料因具有較大的表面積,可以顯著提升電池的能量密度和功率密度.

"而且這種器件還比較容易制造."amyprieto介紹,他們先在發(fā)泡銅材料上鍍上由銅銻化物材料制成的負極.然后,將負極放置到特定溶液中,讓固體電解質在電化學聚合反應的作用下,沉積到負極上面.最后,研究人員用一張鋁網(wǎng)作為電池陽極,制作成電池.

amyprieto估計這種電池的制造成本僅為傳統(tǒng)鋰離子電池成本的一半.同時,在擁有同樣的電量的前提下,其體積僅為傳統(tǒng)電池的三分之二,且充電時間縮短為五到十分之一,壽命卻增加了十倍.

更為重要的是,這種新型電池還具有更為安全和環(huán)保的特性.首先,固體電解質的自燃風險要比液體電解質小得多.另外,在整個制造過程中,該團隊選擇水而不是其他化學物質來作為基本反應物."之前我認為這是不可能的,但至少目前來看,用水的效果很好."amyprieto說.