科学家研制新型电池：防短路防刺穿，能量密度

据福布斯杂志报道，上周，我（本文作者，美国著名博主罗伯特·拉派尔(Robert Rapier)）偶然看到一部有趣的纪录片，名为《寻找超级电池》。我对这个话题非常感兴趣，因为开发更好、更便宜的电池对未来的电动汽车和电网来说都至关重要。

▲2018年4月25日，中国国际展览中心展出的特斯拉Model 3汽车，它的动力与许多消费电子产品中的锂离子电池技术相同

电池的改进可以提高电动汽车的续航能力，而更便宜的电池可以帮助降低电动汽车的成本，从而使更多的消费者买得起这种新能源交通工具。对于电网而言，由于可再生能源的间歇性（有时不可用），其普及可能存在很大挑战。因为风随时可能停止，太阳辐射只能在白天被捕捉到，所以这些能量需要被储存起来。

有效地储存电力可以帮助可再生能源在电网中发挥更大作用。因此，近年来许多专业人士都在从事新型电池的研发。据《PV Magazine》称，这一努力正在取得成效，电池价格在2012年到2017年之间下降了70%。但是，要使电池的使用规模达到电网级水平，还需要继续降低成本。锂离子电池已经成为许多消费电子产品(如笔记本电脑)和特斯拉(Tesla)电动汽车的首选电池，但是这些类型的电池有两大缺陷需要解决。

首先，虽然锂金属电极的使用能帮助锂离子电池产生更高的能量密度，但它也可以产生类似手指的结构（被称为树突（dendrites）），最终会导致电池短路。解决这一问题的方法是用碳电极取代锂金属电极，后者的晶格结构可以容纳锂离子。这样，新式锂离子电池就诞生了，尽管它的储能能力比使用固体锂金属电极的电池要低。

其次，锂离子电池还存在另一个缺点，它经常成为许多新闻报道的主题。如果这些电池损坏，它们很可能爆炸或起火。这在笔记本电脑、手机和电动汽车上都曾发生过。如果损坏，所有储存在电池内的能量可以在短时间内释放，结果可能引发激烈的大火。新式电池可以改变世界，它既解决了能量密度问题，又解决了电池损坏时容易引发火灾的危险。

这部新纪录片介绍了塔夫斯大学的迈克·齐默尔曼（Mike Zimmerman）教授的发明。齐默尔曼教授研制出一种电池，用阻燃塑料代替电池中的液体电解质。即使被切割、刺穿或压碎，这种电池也不会着火。事实上，尽管损坏严重，它仍然可以继续产生电力。锂电极产生的锂离子可以快速通过塑料，其速度与液态电解质差不多。这种塑料还能防止电极形成可能导致电池短路的树突。锂金属可以用于负极，这可能会使电池的能量密度增加一倍。

齐默尔曼教授的工作主要是秘密进行的，在《寻找超级电池》的纪录片中露面，是他首次就自己的秘密研究接受电视采访。他已经成立了公司Ionic Materials，并于最近筹集了6500万美元，帮助将这种固态电池商业化。这次采访没有提及电池的任何缺点，也没有提到将其商业化的潜在挑战。但是，如果这种电池能像广告中所宣传的那样发挥作用，那么它就能大大促进绿色能源的生产和发展，同时有助于电动汽车的普及。