美開發出“沙基鋰離子電池”讓手機告別一天一充

　　美國加州大學河濱分校的科學家日前開發出一種新型鋰離子電池，其性能和使用壽命比普通鋰離子電池高出三倍以上。更讓人稱奇的是，制造這種電池所需的主要原料既不是什么“高大上”的石墨烯，也不是什么稀有珍貴的化合物，而是普通得不能再普通的沙子。研究人員稱，新技術有望打破目前智能手機等電子產品所面臨的電池瓶頸，讓一天一充成為歷史。相關論文發表在《自然·科學報告》雜志上。

　　物理學家組織網7月9日（北京時間）報道稱，發明這種電池的是一位名叫扎卡里·費沃斯的年輕人，正在加州大學河濱分校攻讀研究生。費沃斯稱，他是半年前在加州圣克萊門特的一處海灘邊沖浪時，萌生用沙子制造電池這一靈感的。他的主要研究方向是為個人電子產品和電動汽車開發出性能更好的鋰離子電池，當時正在為新型電池尋找理想的陽極材料。

　　目前絕大多數的鋰離子電池都采用石墨作為陽極，但是隨著科技的進步，石墨作為陽極的潛能幾乎已經被開發殆盡。不少科學家都開始尋找更好的替代材料，其中納米尺度的硅就是重要的一種。但隨后人們發現，傳統方法制造出的納米硅極易發生降解，且難以大規模生產，無法滿足電池商業化生產的需要。

　　費沃斯希望由石英和二氧化硅構成的沙子能幫助他解決這兩個難題。他將沙子帶回了實驗室，將它們研磨成納米尺度大小，隨后又進行了一系列純化步驟，這些沙子逐漸從棕色變為了明亮的白色，就像綿白糖一樣。而后，他又將鹽和鎂以同樣的方法進行研磨，再將這三種物質混合起來進行加熱。在加熱的過程中鹽和鎂能夠幫助石英去除氧，得到純納米硅。而讓他驚喜的是，與傳統工藝生產出的純硅不同，這種純納米硅具有海綿一樣的3D多孔結構，且極為穩定。這種多孔結構已經被證明是提高納米硅電池性能的關鍵。

　　實驗顯示，用這種納米硅電極制成的新型電池可將目前電動汽車的預期壽命提高至少三倍以上。而如將其用于智能手機電池，則有望將一天一充變成三天一充。目前，費沃斯和他的團隊正在試圖用沙子生產出更多的納米硅，并計劃為手機等移動電子設備制造出體積更小容量更大的電池。

圖① 示意圖顯示了沙子是怎樣變成純納米硅的。

圖② 從左至右分別是未經提純加工的沙子（b），提純加工過的沙子（c）以及前兩種沙子與純納米硅的對比（d）。

圖③ 用沙子制成的新型鋰離子電池。

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　　海灘的沙子像不像砸中牛頓的蘋果？當前，電池技術已經在不同的方向上取得了大大小小的突破，納米硅電極只是一種方法，哪種方案真正可行并無定論，還需要接受市場的考驗。但作為研究生的費沃斯用實驗告訴我們，生活中的最普通的事物往往會為有心的科學家帶來改變世界的靈感，而最常見的物質也許會有不可思議的用途。帶著思考去生活，領悟遲早會來的。