石墨烯與電池的姻緣來自這種超級材料的巨大應(yīng)用潛力，而實(shí)現(xiàn)電池性能的提升，石墨烯無疑是最佳之選。

時至今日，移動設(shè)備和電動汽車中的鋰離子電池得到了不斷完善，然而科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)它更大的提升空間。盡管理論上鋰電池每次充電儲能頗多，但其當(dāng)前的結(jié)構(gòu)確實(shí)存在著缺陷，特別是安全方面。不過最近，美國西北大學(xué)的工程師們聲稱，在電池充電時他們能利用石墨烯的褶皺球作為腳手架，從而克服這些缺陷。

西北大學(xué)工程系的JiaxingHuang解釋說：“在目前的電池中，鋰通常是以離子形式分布在陽極材料（如石墨或硅）中的，但是這種方式會‘稀釋’電池的性能。鋰本身就是金屬，為什么我們不能直接用鋰作為陽極呢？”

這種方案不可行的原因在于樹突，即電池充電時積聚在陽極表面的微觀鋰?yán)w維。如果樹突擴(kuò)散，就會阻礙電池的性能，最終導(dǎo)致電池短路、起火。為了解決這個問題，研究人員們提出過各種各樣不同的方法，如使用不同的電解質(zhì)，用凱夫拉（Kevlar，一種芳綸纖維材料，材料原名叫"聚對苯二甲酰對苯二胺"）加強(qiáng)電池，開發(fā)能阻止樹突的形成的三維納米管蔟叢等等。

西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)實(shí)際上是以2011年開發(fā)的一種石墨烯球?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行研究的，工程師們從廢紙團(tuán)上汲取了靈感，想出了一種將石墨烯薄片皺成球的方法：首先在石墨烯薄片上噴灑極微小的霧化水滴；之后這些水分蒸發(fā)時，就會產(chǎn)生毛細(xì)作用力，使薄片皺起，變成粗糙的球形。

當(dāng)時，工程師們注意到這種形式的石墨烯球具有良好的儲能潛力，因?yàn)槭┣虿粌H保留了與石墨烯片相同的導(dǎo)電性能和表面積，還具有體積更小這一優(yōu)點(diǎn)。像這樣采用石墨烯球結(jié)構(gòu)的話，更大量的石墨烯就可以被封裝在相同大小的緊密結(jié)構(gòu)中。

現(xiàn)在，研究人員正在考慮用這種石墨烯球作為新型鋰金屬電池的陽極多孔支架。多孔支架被認(rèn)為是這種混合物質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置中最重要的一部分，因?yàn)楫?dāng)電池充電時，鋰會優(yōu)先沉積在支架表面上，從而避免產(chǎn)生樹突。

但是問題總是源源不斷。鋰在充電時會沉積、覆蓋在支架表面，再隨著電池放電而再溶解到電解液中，這就導(dǎo)致在充放電循環(huán)中，支架結(jié)構(gòu)會如同干濕海綿一般不斷膨脹和收縮，從而產(chǎn)生應(yīng)力，支架逐漸崩壞。

那么他們又是如何解決這個問題的呢？雖然最直觀的方法就是研制抗力更強(qiáng)的支架，Huang和他的團(tuán)隊(duì)還是采取了不同的方法。

“我們的策略是一種逆向思維，”Huang告訴記者。“我們令石墨烯粒子排列不固定：當(dāng)從電解液中吸收鋰時，它會構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)電材料（鋰和石墨烯）；當(dāng)鋰被剝離時，顆粒則可以重新組織排列，形成連續(xù)均勻的石墨烯層粒子。”

為測試其性能，該團(tuán)隊(duì)將這種能夠承受周期性體積波動的新型支架應(yīng)用到了一個完整的電池上，從而制作出了一款新電池。在這款新電池中，支架可以作為一個連續(xù)的均勻網(wǎng)絡(luò)，容許鋰離子流過其表面。研究人員說，這款新電池比一般的鋰電池要輕得多，而且傳統(tǒng)鋰電池只可以封裝幾十微米厚的鋰，而他們的新電池可以容納足足150微米厚的鋰。

研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)申請了這項(xiàng)技術(shù)的臨時專利，但這項(xiàng)新技術(shù)中仍然有很多亟待完善的內(nèi)容，例如，為什么在皺褶的石墨烯球表層沉積時，鋰金屬能平穩(wěn)地覆蓋于其表面，而不是形成樹突。這需要他們進(jìn)一步發(fā)掘。

正如Huang所說，一項(xiàng)研究的結(jié)果往往能衍生出許多相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)問題，研究者們就應(yīng)該像這樣多加思考，因?yàn)樽约旱挠^察和發(fā)現(xiàn)常常是開展下一步工作的最佳靈感來源。