美科學(xué)家研制發(fā)泡銅電池

如今，隨著智能手機(jī)的功能越來(lái)越豐富，工作、生活都離不開(kāi)手機(jī)，但是刷微信、看視頻、玩游戲等使用手機(jī)越來(lái)越頻繁，耗電越來(lái)越厲害。無(wú)論是蘋(píng)果、三星，還是國(guó)產(chǎn)手機(jī)用戶(hù)，出門(mén)必帶充電寶成為智能手機(jī)時(shí)代的標(biāo)配。續(xù)航時(shí)間短成了困擾整個(gè)手機(jī)行業(yè)以及廣大消費(fèi)者的難題。并且，除了智能手機(jī)，太陽(yáng)能電站、風(fēng)電場(chǎng)也深受電池技術(shù)限制，也需廉價(jià)、耐用且電量高的電池來(lái)存儲(chǔ)電能。

電池幾乎成為了所有用電設(shè)備的“軟肋”。美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)化學(xué)家Amy Prieto 為此，她成立了一家專(zhuān)門(mén)研制電能存儲(chǔ)設(shè)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(jià)、充電更快并且對(duì)環(huán)境更為友好的新型電池——發(fā)泡銅電池。

傳統(tǒng)電池有兩個(gè)缺點(diǎn)較為重要：能量密度低和功率密度低。前者指?jìng)鹘y(tǒng)電池在現(xiàn)有體積的前提下，很難保證智能手機(jī)擁有兩天以上的續(xù)航時(shí)間；后者則指電池充電時(shí)間長(zhǎng)，而使用時(shí)間短。Amy Prieto團(tuán)隊(duì)通過(guò)重新設(shè)計(jì)一系列電池組件，如銅銻化物負(fù)極和聚合物電解質(zhì)材料等來(lái)解決上述問(wèn)題。其中，最為重要的設(shè)計(jì)是，該團(tuán)隊(duì)利用一種發(fā)泡金屬（發(fā)泡銅）來(lái)充當(dāng)電池負(fù)極上的集流體（即將負(fù)責(zé)電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來(lái)以便形成較大的電流對(duì)外輸出的部件）。Amy Prieto說(shuō)，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。先在發(fā)泡銅材料上鍍上由銅銻化物材料制成的負(fù)極。然后，將負(fù)極放置到特定溶液中，讓固體電解質(zhì)在電化學(xué)聚合反應(yīng)的作用下，沉積到負(fù)極上面。最后，研究人員用一張鋁網(wǎng)作為電池陽(yáng)極，制作成電池。

這種發(fā)泡銅電池的制造成本僅為傳統(tǒng)鋰離子電池成本的一半。同時(shí)，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(shí)間縮短為五到十分之一，壽命卻增加了十倍。更重要的是，這種新型電池還具有更為安全和環(huán)保的特性。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功在一塊銅板上制造了電池的二維模型，并開(kāi)展三維電池模型試驗(yàn)。