亚利桑那州立大学化学与生物化学系的Dan Buttry教授正与本科生Tylan Watkins测试电池样品
锂离子电池在电子产品中随处可见。它是便携电子设备中应用最广泛的可充电电池之一，它拥有很高的能量密度，没有记忆效应，并且在闲置时也不会有太多的电量流失。除了消费者受中的电子产品外，锂离子电池也被广泛用于军事、电动车和航空航天等。
最近，亚利桑那州立大学（ASU）的研究人员研发出了一种新的储能技术，这种技术能极大地延长电池的生命周期。
该小组的负责人是亚利桑那州立大学化学与生物化学系的Dan Buttry教授，这项工作的主要贡献人还包括本科生Jarred Olsen和研究生Tylan Watkins。Olsen在Buttry的小组中担任本科生研究员一职，负责离子液体领域的工作。Olsen在这项研究中所做的工作是他在博尔德·埃奥尼克公司实习（Boulder Ionics）中完成的，并且Olsen和Watkins在博尔德公司和亚利桑那州立大学中都是同事。
这项成果被发表在《自然通讯》上，参与的科学家来自：亚利桑那州立大学、科罗拉多博尔德大学、圣地亚国家实验室、博尔德·埃奥尼克公司和韩国首尔大学。
延长电池寿命
离子液体在室温下具有特殊的物理化学性质，它有着极高的热稳定性、较广的电位窗和较低的蒸汽压，因此它在近几年引起了很多科研工作者的兴趣。
“我们使用了一种叫做石英微量天平的设备，用来在电池材料表面的薄膜上测量其在充放电过程中的质量变化。” Buttry介绍说。“锂电池要想做得成功，关键之一就是开发出能够保护电池电极的薄膜，这将极大地延长了电池的寿命。这项研究改进了这种薄膜的制备方式，并使得制成的锂电池比现在的锂电池拥有更多的优良性质。”
Buttry接着补充道：“我们希望这种新的电池配方能够成功地进入市场。”
这项成果只是Buttry的实验室所取得的成就中的一部分。Buttry的实验室之前由能源先进研究计划署提供资金支持，现在由陆军研究办公室资助。
“上面提到的测量薄膜质量变化的工作并不容易，因为用石英微量天平来称量复合薄膜（高分子基底中的活性材料薄膜）是非常困难的。” Watkins说道。“除此之外，更加关键的是关于石英微量天平怎么来测量活性材料表面薄膜的质量的研究是非常少的，这意味着我们必须使用一种针对这种情况的沉积方法。幸运的是，我们成功地制备出了这种很有使用价值的薄膜，或许有一天你能在市场上的电池中看见它。”
这一成果为硅基材料接触到离子溶液时的界面稳定性研究提供了新的科学依据。
通过将高性能的硅电极放在室温下含有新制双氟磺酰亚胺离子的溶液电解质中，研究人员制备出了具有高能量密度和超长寿命的锂离子电池，能够在保持75%电池容量的情况完成超过500次充/放电周期，并且其电流效率近乎完美。
“这项研究清楚说明了能量储存技术还有很大的研究空间，在不久的将来，新的技术变革将会出现，” Buttry这样说道。“考虑清楚需要蓄能的场所在哪里是非常重要，比如说是栅极储能还是用于电动汽车的电池储能。”
根据从Watkins处了解到的信息，现代社会急需更高能量密度的电池的原因是多方面的。
“硅电极曾一度被认为是碳电极的最有可能的替代方案，因为硅电极目前的电池负极相比能提高能量密度达近10倍，” Watkins介绍说。“这次激动人心的合作取得的成果让我们更近了一步，离研发出硅电极的高能量密度电池不远了。”