石墨/PMMA / Li三層電極在電池電解質(zhì)中浸泡24小時(shí)此前(左)和以后(右)的對(duì)照。在浸入電解質(zhì)此前，三層電極在空氣中是穩(wěn)固的。浸泡后，鋰與石墨反映，顏色變黃。相片來自：哥倫比亞大學(xué)

　　“當(dāng)鋰電池首次充電時(shí)，他們在第一種重復(fù)就損耗了多達(dá)5-20%的能量”，楊遠(yuǎn)說道，“經(jīng)過構(gòu)造的改良，咱們曾經(jīng)能夠幸免這類損耗。同一時(shí)間，咱們的方法在增添電池生命方面有龐大潛力，有望利用于便攜式電子設(shè)施和電動(dòng)車子。”

　　在被制造出去以后的首次充電時(shí)期，鋰電池中的一部分電解質(zhì)會(huì)因還原反映，從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，并附著在電池的負(fù)極上。這種進(jìn)程是不可逆的，會(huì)下降電池的存儲(chǔ)能量。

　　在現(xiàn)存的電極生產(chǎn)技藝下，這一進(jìn)程來帶的損耗約為10%，可是關(guān)于具備高容量的下一代負(fù)極資料，比如硅，損失則將達(dá)到20-30%，這是將大大下降電池的實(shí)質(zhì)可用容量。

　　為了補(bǔ)償這樣的初始損失，慣例的方法是在電極中加入某些富鋰資料。然則，源于這種資料許多在空氣環(huán)境中不固定，因而必需在十足無水分的干燥空氣里生產(chǎn)，故而大幅增添了電池的生產(chǎn)本錢。

　　楊遠(yuǎn)開發(fā)的這類三層電極構(gòu)造則保證了電極十足可行在平凡空氣環(huán)境下達(dá)成生產(chǎn)。

　　起首，他運(yùn)用了一層“PMMA”(即常見的有機(jī)玻璃資料)，來隔絕鋰與空氣和水分的接近;接下來在PMMA聚合物上加一層人造石墨或硅納米顆粒等活性資料;最終，他讓PMMA聚合物層溶解在電池電解質(zhì)中，從而將鋰與電極資料導(dǎo)通。

　　楊遠(yuǎn)解釋說：“這樣咱們就能幸免不固定的鋰和鋰化電極間的空氣接近。采納該構(gòu)造的電極可行在平凡空氣環(huán)境下達(dá)成，更簡單實(shí)現(xiàn)電池電極的量產(chǎn)。”

　　三層構(gòu)造電極的制造進(jìn)程： PMMA在初始狀況下保證鋰不會(huì)與空氣中的水分產(chǎn)生反映。當(dāng)PMMA被電池電解質(zhì)溶解后，石墨與鋰接近以補(bǔ)償源于電解質(zhì)的還原而引起的初始損失。相片來自：哥倫比亞大學(xué)

　　楊遠(yuǎn)的方法將現(xiàn)存石墨電極的損失從8%下降到0.3%，將硅電極的損失從13%下降到-15%( 負(fù)數(shù)顯示源于添加了新的鋰資料，導(dǎo)致電池的容量教初始狀況另有了增添)。過量的鋰可行補(bǔ)償隨后重復(fù)中的容量損耗，因而可行進(jìn)一步加強(qiáng)電池的重復(fù)生命。

　　鋰離子電池的能量密度(或許叫容量)在往日的25年中一直維持著5-7%的年增添率，而楊遠(yuǎn)探討效果給進(jìn)一步提升這種增添率提供了可以性方案。他的團(tuán)隊(duì)此刻正好努力降低PMMA涂層的厚度，以下降其在鋰電池中的比重更低，并爭取實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化制造。

　　耶魯大學(xué)的化學(xué)助理教授王海良說：“三層電極構(gòu)造的設(shè)置非常巧妙，能夠在平凡空氣環(huán)境下制造含鋰金屬的電極。電極的初始庫侖效能一直是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的一大困難，因而這類容易有用的補(bǔ)償技藝必定引起大家極大的興趣。”