據報道，美國佛羅里達州立大學(xué)（Florida State University）和康奈爾大學(xué)（Cornell University research）研究小組發(fā)現，用廉價(jià)而安全的組件可以制成電池，而且與現在最先進(jìn)的鋰離子電池相比，此類(lèi)電池的效率要高出2至3倍。

FAMU－FSU工程學(xué)院博士后研究院A。 Nijamudheen與康奈爾大學(xué)博士生Snehashis Choudhury，以及兩所大學(xué)的其他教職人員一起，開(kāi)啟了一項調查，研究目前的電池設計存在什么缺陷，以及如何改進(jìn)。Choudhury表示：“看到電池成本隨時(shí)間上漲的現象并不奇怪，廣泛采用電池的技術(shù)需要降低成本。”

為降低成本，研究人員解決了幾個(gè)與電解質(zhì)相關(guān)的具體問(wèn)題，電解質(zhì)是電池結構的關(guān)鍵部分，可以促進(jìn)離子從一個(gè)電極移動(dòng)至另一個(gè)電極。研究小組了解了電解質(zhì)在電池電極上降解的化學(xué)過(guò)程，研究人員不僅發(fā)現了電解質(zhì)降解的機制，還發(fā)現了多種解決方法。Nijamudheen表示：“我們發(fā)現，控制在負極上形成的界面（SEI）的離子特性是關(guān)鍵。”

研究人員通過(guò)量子計算發(fā)現，電池降解的源頭在于電解質(zhì)中一種叫做二甘醇的成分發(fā)生聚合的方式。聚合是一種分子以化學(xué)方式結合，產(chǎn)生一種叫做聚合物的長(cháng)鏈狀分子的過(guò)程。就電池而言，電解質(zhì)在與電池的正負極接觸時(shí)間長(cháng)了之后，常常會(huì )分裂并重新成為更大的分子。研究人員表示：“雖然降解過(guò)程本身無(wú)害，但是降解產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì )阻止離子進(jìn)入電池電極，隨著(zhù)時(shí)間推移，就會(huì )減少電池所能存儲的能量。”但是，盡管降解過(guò)程產(chǎn)生的某些聚合物會(huì )阻止離子達到電極，但是已有證據證明，其他種類(lèi)的聚合物能夠有效延長(cháng)電池壽命。在進(jìn)行聚合計算之后，研究人員開(kāi)始研究聚合過(guò)程中，不會(huì )影響電池性能的其他類(lèi)型的電解質(zhì)。

一般來(lái)說(shuō)，鋰電池由有機碳酸鹽電解質(zhì)制成，但是此類(lèi)電解質(zhì)高度易燃，所以為防止電池熱失控和火災風(fēng)險，還需要提供昂貴的、冷卻熱調節部件。因此，研究人員測試了一種不易燃的穩定電解質(zhì) – 鋰硝酸鹽電解質(zhì)。

利用該電解質(zhì)，研究人開(kāi)始在固態(tài)電解質(zhì)SEI膜上進(jìn)行試驗。SEI膜是由于電解質(zhì)分解而形成的一層保護層，通常在電池首次循環(huán)時(shí)產(chǎn)生。

研究人員利用犧牲鹽或通過(guò)電解質(zhì)引入的新分子，在電池中自然形成了一種新型SEI膜，此外，研究人還引入了鏈轉移劑（一串分子），與二甘醇相互作用，形成屏蔽層，保護帶負電荷的電極不再降解。

為評估該設計的有效性，研究團隊對電池的使用能力進(jìn)行了一系列實(shí)驗，然后再給電池充電。結果發(fā)現，此種電池可以循環(huán)大約2000次，遠高于傳統鋰離子電池的300至500次。