“我們?yōu)殡姵丶夹g(shù)開(kāi)辟了一個(gè)新的化學(xué)空間，”資深作家GerbrandCeder，伯克利材料科學(xué)與工程系教授說(shuō)。“這是我們第一次有一個(gè)非常便宜的元件，可以在電池中進(jìn)行大量的電子交換。”

　　這項(xiàng)研究將在4月12日的“自然”雜志上發(fā)表。這項(xiàng)工作是加州大學(xué)伯克利分校，伯克利實(shí)驗(yàn)室，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)圣克魯斯分校的科學(xué)家之間的合作。

　　在今天的鋰基電池中，鋰離子儲(chǔ)存在負(fù)極（帶負(fù)電的電極）中，它們是分層結(jié)構(gòu)。鈷對(duì)維持這種分層結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子被從負(fù)極拉到電池單元的另一側(cè)，即正極。負(fù)極中沒(méi)有鋰離子有很大的空間。大多數(shù)金屬離子會(huì)涌入該空間，這將導(dǎo)致負(fù)極失去其結(jié)構(gòu)。但鈷是少數(shù)幾種不會(huì)移動(dòng)的元素之一，對(duì)電池行業(yè)至關(guān)重要。

　　2014年，Ceder的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了一種負(fù)極可以在沒(méi)有這些層的情況下保持高能量密度的方式，這種概念被稱為無(wú)序巖鹽。這項(xiàng)新研究表明，錳可以在這個(gè)概念內(nèi)發(fā)揮作用，這是遠(yuǎn)離鈷依賴性的一個(gè)很有希望的一步，因?yàn)殄i存在于泥土中，使其成為一種便宜的元素。

　　“為了解決鈷的資源問(wèn)題，你必須擺脫負(fù)極的這種分層，”Ceder說(shuō)。“無(wú)序的正極讓我們可以玩更多的元素周期表。”

　　在這項(xiàng)新研究中，Ceder的實(shí)驗(yàn)室展示了如何使用新技術(shù)從負(fù)極獲得大量容量。科學(xué)家利用一種稱為氟摻雜的工藝，將大量的錳納入負(fù)極。具有適當(dāng)電荷的更多的錳離子允許負(fù)極容納更多的鋰離子，從而增加電池的容量。

　　其他研究小組試圖使用氟摻雜負(fù)極，但尚未取得成功。Ceder說(shuō)他的實(shí)驗(yàn)室在無(wú)序結(jié)構(gòu)上的工作是他們成功的關(guān)鍵。

　　負(fù)極性能是以每單位重量的能量來(lái)衡量的，稱為每千克瓦時(shí)。無(wú)序錳負(fù)極每千克接近1000瓦時(shí)。典型的鋰離子負(fù)極在每千克500-700瓦時(shí)。

　　“在電池領(lǐng)域，這是一個(gè)超過(guò)傳統(tǒng)負(fù)極的巨大進(jìn)步，”主要作者JinhyukLee說(shuō)，他是研究期間Ceder實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，現(xiàn)在是麻省理工學(xué)院的博士后。

　　該技術(shù)需要擴(kuò)大規(guī)模并進(jìn)行更多測(cè)試，以確定它是否可用于筆記本電腦或電動(dòng)車等應(yīng)用。但Ceder表示，這項(xiàng)技術(shù)是否真正將其放入電池內(nèi)部并不重要;研究人員為負(fù)極設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的可能性，這更為重要。

　　“你幾乎可以使用元素周期表中的任何元素，因?yàn)槲覀円呀?jīng)證明負(fù)極不必分層，”Ceder說(shuō)。“突然間我們有更多的化學(xué)自由，我認(rèn)為這就是真正的興奮之所在，因?yàn)楝F(xiàn)在我們可以對(duì)新負(fù)極進(jìn)行探索?！?/p>