小说620

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第471章 未来趋势（第1页）

【要想电学材料能够承载的能量密度足够高，那就必须要找到一种自身质子数尽可能地低，同时又倾向脱离更多的电子。

在大量的专项科研尝试中，科学家们找到了这种非常合适的材料，锂。

锂原子的质子数只有三个，围绕其原子运动的三个电子非常容易脱离成为自由电子，化学性质也非常活泼，又是以固态金属形式存在的，原子间的间隔很小，满足电子相互传递的导电需求。

所以只要能设法将锂制造成电池，同等体积重量下，锂电池的能量密度会比铅酸电池高出非常多。

但是难就难在如何将锂变成电池。

锂这种金属的化学性质非常活泼，仅仅是在常温下与氧气接触就会反应生成氧化锂释放热量，同时又可以与空气中的水蒸气反应生成氢氧化锂和氢气进一步放热。

如果环境温度稍高一点，空气湿度大一点，比如夏天，那么锂暴露在空气中要不了多久就会释放大量的热，直至发生剧烈燃烧。

甚至在一定条件下，燃烧可以剧烈到呈喷射火焰状。

所以传统的稀硫酸电解液完全不能作为锂电池的电解液。

另外在充电过程中锂金属容易以树枝状结晶（锂枝晶）的形式生长。

锂枝晶会逐渐穿透电池内部的隔膜，造成正负极短路，引发电池失效甚至安全事故。

所以不能够用纯锂作为电池。

科学家们采用的是一种嵌入化合物思路。

不是单纯掺入杂质降低锂元素的活性，而是通过特定的材料设计与合成方法，使锂离子能够在电极材料的晶体结构中可逆地嵌入和脱嵌。

比如在锂电池放电时，失去电子成为离子的锂离子可以嵌入到材料内部，充电时这些锂离子又能脱嵌出来，经过电解液到达另一端材料实现充电。

这类材料足够的嵌入空间让锂在充放电过程中不会膨胀变形。

科学家们以此为思路为锂电池正负电极找到两种合适的材料。

其中正极通常采用过渡金属氧化物或磷酸盐等材料制成，如钴酸锂、磷酸铁锂。

或者以镍、钴、锰或镍、钴、铝掺杂的三元材料，这就是三元锂。

而负极则通常采用石墨。

这两种材料附着在铜箔或铝箔中作为用于电流传导。

它们的中间是只允许离子通过的隔膜，材质通常有聚乙烯、聚丙烯，此外还有一些新型的复合隔膜材料。

然后在这些材料中填充碳酸酯类有机溶剂作为电解液。

接上导线充电后，正极电子沿导线进入负极，同时失去电子的离子进入电解液。

这里因为电流的速度接近光速，可一瞬间到达负极，而相较离子在电解液中移动的速度就非常慢。

离子不能及时到达负极就不能吸引电子，相应的放电时输出电压就会很小，充电速度也会很慢。

所以需要在电解液中溶入多余的锂离子。

如同紧凑排列的小球一般，这边推动一下，那边立即就能相应动作，这边脱嵌一个离子，那边就嵌入一个离子，原理上同样接近光速。

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