亞利桑那州立大學化學與生物化學系的Dan Buttry教授正與本科生Tylan Watkins測試電池樣品
鋰離子電池在電子產品中隨處可見。它是便攜電子設備中應用最廣泛的可充電電池之一，它擁有很高的能量密度，沒有記憶效應，并且在閑置時也不會有太多的電量流失。除了消費者受中的電子產品外，鋰離子電池也被廣泛用于軍事、電動車和航空航天等。
最近，亞利桑那州立大學（ASU）的研究人員研發出了一種新的儲能技術，這種技術能極大地延長電池的生命周期。
該小組的負責人是亞利桑那州立大學化學與生物化學系的Dan Buttry教授，這項工作的主要貢獻人還包括本科生Jarred Olsen和研究生Tylan Watkins。Olsen在Buttry的小組中擔任本科生研究員一職，負責離子液體領域的工作。Olsen在這項研究中所做的工作是他在博爾德·埃奧尼克公司實習（Boulder Ionics）中完成的，并且Olsen和Watkins在博爾德公司和亞利桑那州立大學中都是同事。
這項成果被發表在《自然通訊》上，參與的科學家來自：亞利桑那州立大學、科羅拉多博爾德大學、圣地亞國家實驗室、博爾德·埃奧尼克公司和韓國首爾大學。
延長電池壽命
離子液體在室溫下具有特殊的物理化學性質，它有著極高的熱穩定性、較廣的電位窗和較低的蒸汽壓，因此它在近幾年引起了很多科研工作者的興趣。
“我們使用了一種叫做石英微量天平的設備，用來在電池材料表面的薄膜上測量其在充放電過程中的質量變化。” Buttry介紹說。“鋰電池要想做得成功，關鍵之一就是開發出能夠保護電池電極的薄膜，這將極大地延長了電池的壽命。這項研究改進了這種薄膜的制備方式，并使得制成的鋰電池比現在的鋰電池擁有更多的優良性質。”
Buttry接著補充道：“我們希望這種新的電池配方能夠成功地進入市場。”
這項成果只是Buttry的實驗室所取得的成就中的一部分。Buttry的實驗室之前由能源先進研究計劃署提供資金支持，現在由陸軍研究辦公室資助。
“上面提到的測量薄膜質量變化的工作并不容易，因為用石英微量天平來稱量復合薄膜（高分子基底中的活性材料薄膜）是非常困難的。” Watkins說道。“除此之外，更加關鍵的是關于石英微量天平怎么來測量活性材料表面薄膜的質量的研究是非常少的，這意味著我們必須使用一種針對這種情況的沉積方法。幸運的是，我們成功地制備出了這種很有使用價值的薄膜，或許有一天你能在市場上的電池中看見它。”
這一成果為硅基材料接觸到離子溶液時的界面穩定性研究提供了新的科學依據。
通過將高性能的硅電極放在室溫下含有新制雙氟磺酰亞胺離子的溶液電解質中，研究人員制備出了具有高能量密度和超長壽命的鋰離子電池，能夠在保持75%電池容量的情況完成超過500次充/放電周期，并且其電流效率近乎完美。
“這項研究清楚說明了能量儲存技術還有很大的研究空間，在不久的將來，新的技術變革將會出現，” Buttry這樣說道。“考慮清楚需要蓄能的場所在哪里是非常重要，比如說是柵極儲能還是用于電動汽車的電池儲能。”
根據從Watkins處了解到的信息，現代社會急需更高能量密度的電池的原因是多方面的。
“硅電極曾一度被認為是碳電極的最有可能的替代方案，因為硅電極目前的電池負極相比能提高能量密度達近10倍，” Watkins介紹說。“這次激動人心的合作取得的成果讓我們更近了一步，離研發出硅電極的高能量密度電池不遠了。”
