電池內部構造：鋰電挑戰大容量

我們正在展望一個廣泛利用清潔能源的新時代。作為這個時代的標志性場景之一，人們希望看到滿街跑著的都是類似特斯拉電動車這樣的新型轎車，它不再需要汽油，而是用蓄滿了電的鋰離子電池驅動。到那時候，遍布道路兩旁的加油站也將會被充電站所取代。最新的消息是，上海市已經宣布對特斯拉電動車實施免牌照上牌政策，并支持他們更快地在中國建設超級充電站。

然而，當你意識到電動車使用的電池和你手機里裝著的電池并無本質區別，令人歡欣鼓舞的光明遠景可能就要蓋上一朵烏云了。手機黨常常苦惱的就是電池的續航能力。許多人的手機早上洋溢，下午見底，一天非得充一次。筆記本電腦同樣有這個問題，幾個小時就可能電量告罄。電動車沒開多遠就“趴窩，需要頻繁充電，這是它的實用性備受質疑的焦點。特斯拉唯一投放市場的ModelS型電動車，最高配置的車型宣稱一次洋溢電后可以行駛480公里，已經是很了不起的成就了。

為什么電池“不耐用？在一定的空間里，物質所能儲存能量的大小被稱作“能量密度。從能量密度的排位來看，電池幾乎墊底。以每千克萌生的能量作為指標，我們日常使用的汽油能達到50兆焦耳，而鋰離子電池的均勻水平還不到1兆焦耳。其他類型的電池同樣在極低的水準徜徉。顯然，我們不可能把電池的體積做得無限大；為了提升電池的容量，只能著眼于提高電池的能量密度，但是困難重重。這項技術究竟難在哪里？記者就此采訪了浙江大學化學系副教授劉潤，以我們常用的鋰電池（簡稱鋰離子電池）為例，解剖電池內部構造的秘密。

電解液很緊要

電池之所以能夠提供能量，是因為發生了電子的轉移。在電池接到一個電路里，合上開關，電流就通了。這時，電子就會從負極跑出來，經過電路流到正極。在這個過程中，電子會做功，來支撐你的手機運轉，或者驅動特斯拉電動車。

鋰離子電池的電子是由鋰提供的。那么，在電池里裝滿了鋰，能量密度不就上去了嗎？遺憾的是，為了讓鋰電池具備可充電的功能，它的內部構造非得以犧牲能量密度為代價。劉潤指出，鋰離子電池的內部構造包括電解液、負極材料、正極材料和隔膜等，每一樣都有其專門的工藝需求，發揮神奇的功能，不可或缺。這種構造限制了鋰離子電池能量密度的提升。

首先，是電解液，它是電池里不可缺少的運輸管道。“電池放電的時候，鋰原子失去電子，變成了鋰離子，這時它要從電池的一極跑到另一極去，到了充電的時候再跑回來。劉潤說。鋰離子在電池兩極的來去構成了鋰離子電池循環使用的關鍵，而電解液保證了它的旅途自由通暢。電解液就像河水，鋰離子就像魚。如果河床干了，魚到不了對岸，鋰離子電池就無法正常工作。

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