近日，斯坦福大学团队开发出一种 “高储能” 可充电电池，手机每周仅充 1 次电即可长期续航，该研究成果有望解决智能手机几乎每天都要充电的产品痛点。 在电动 车方面，电动汽车无需充电就可行驶 日常距离的 6 倍。

这种 “高储能” 可充电电池，本质上属于新型碱金属氯电池，其原理主要通过氯化钠或氯化锂进行反复的可逆化学反应。该电池之所以续航能力持久，是因为其储存的电量为目前市场上的电池的 6 倍。

截至目前，市场上商用锂离子电池容量为每克200毫安时，而该团队研发的 “超级” 电池容量为每克 1200 毫安时，这为手机设备、电动车领域向更高的目标又迈进了一步。

8 月 25 日，相关论文以 “Rechargeable Na/Cl2 and Li/Cl2 batteries” 为题发表在 Nature 上。由美国斯坦福大学化学与生物交叉学科博士研究生朱冠洲（音译，Guanzhou Zhu）担任第一作者，教授戴宏杰（Hongjie Dai）担任通讯作者。

目前，市场上已经有许多不同种类的可充电电池，包括锂离子电池（LIBs）、钠离子电池（SIBs）和铝离子电池（AIBs）。由于初级锂-亚硫酰氯 （Li-SOCl2）电池具在储能方面具有诸多优势，因此被广泛应用于专业电子、军事、公用事业计量和 GPS 跟踪等领域，但其缺陷也很明显，即可充电性差。

然而，至今还没有科学家开发出高性能、可充电的氯-钠电池或锂-氯电池，主要挑战来自于氯的化学性质太活跃、反应性太强，很难生成高效氯化物。在少数情况下，其他能达到可充效果的电池续航能力较差。

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“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”，该团队起初并没有计划开发一种可以充电的钠-锂氯电池，只是希望改善现有硫基氯化物电池的技术性能。硫基氯化物是氯化锂电池的主要成分之一，早在 20 世纪 70 年代，就成为一种颇受人们青睐的一次性电池。

随着时代的发展，具有低重量、小容量、低能量密度和小体积的电池，越来越不能满足社会对储能不断增长的需求。

传统的电池通过锂阳极氧化和阴极电解液亚硫酰氯（SOCl2）还原为硫、二氧化硫和氯离子 （Cl−）进行一次放电。Cl−与从锂负极剥离的 Li+ 反应，形成沉积在碳表面上的氯化锂（LiCl），直至钝化。

该团队在早期涉及氯和氯化钠的实验中观察到，一种化学物质与另一种化学物质之间的置换可以某种形式稳定下来，这些被稳定下来的物质具有可充电性。戴宏杰表示：“我认为这是不可能的，之后我们用了一年多的时间才真正研究清楚里面的化学反应。”

如今，钠电池已经被积极寻求作为锂电池的替代品，科学界认为，低标准钠电极电位、高能量密度电池具有广阔的应用前景。该研究成果报告了使用无定形碳纳米球 （aCNS）和 SOCl2 中的三氯化铝（AlCl3) 分别为阴极和阳极起始电解质，这是钠-氯电池中的主要成分。

该电池可在 3.5V 放电电压和高达 1200 mAh 容量下循环运行超过 200 次，库仑效率和能量效率分别大于 99% 和 90%。该电池第一次放电时，容量可达到约 2800 mAh，平均放电电压接近于 3.2 V。出乎该团队意料的是，该电池可以在 1200 mAh 的比容量下可逆循环，在放电电压约为 3.55 V 下，平均库仑效率大于 99%。

该团队构建了一个使用金属钠作为负极的电池，并在镍（Ni）泡沫中使用聚四氟乙烯（PTFE） 粘合剂包装 aCNS 作为纽扣电池中的正极。

在后面的几年里，该团队尝试用不同的材料提高电池正极的反应效率，其中最大的进展是与台湾中正大学合作研究的多孔碳材料形成电极。该碳材料的纳米球结构有许多超微小的毛孔，就像海绵一样，能产生大量的其他接触性氯分子，并储存起来，在之后的反应过程中可生成盐。

该团队设计的“黄铜环”具有高能量密度，该电池已经实现了正极材料每克 1200 毫安时的容量，而商用材料的容量仅为 200 毫安时，为手机、助听器及遥控器等小型日常电子产品的续航性能带来很大的提升。

该团队表示：“希望未来有一天，我们的电池会在卫星或远程传感器中被使用。”

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参考：
https://www.eurekalert.org/news-releases/926480