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美國加州大學(xué)河濱分校的科學(xué)家日前開發(fā)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(shù)有望打破目前智能手機(jī)等電子產(chǎn)品所面 臨的電池瓶頸，讓一天一充成為歷史。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·科學(xué)報(bào)告》雜志上。

物理學(xué)家組織網(wǎng)7月9日（北京時(shí)間）報(bào)道稱，發(fā)明這種電池的是一位名叫扎卡里·費(fèi)沃斯的年輕人，正在加州大學(xué)河濱分校攻讀研究生。費(fèi)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(shí)，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(gè)人電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車開發(fā)出性能更好的鋰離子電池，當(dāng)時(shí)正在為新型電池尋找理想的陽極材料。

目前絕大多數(shù)的鋰離子電池都采用石墨作為陽極，但是隨著科技的進(jìn)步，石墨作為陽極的潛能幾乎已經(jīng)被開發(fā)殆盡。不少科學(xué)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(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方法制造出的納米硅極易發(fā)生降解，且難以大規(guī)模生產(chǎn)，無法滿足電池商業(yè)化生產(chǎn)的需要。

費(fèi)沃斯希望由石英和二氧化硅構(gòu)成的沙子能幫助他解決這兩個(gè)難題。他將沙子帶回了實(shí)驗(yàn)室，將它們研磨成納米尺度大小，隨后又進(jìn)行了一系列純化步驟，這些 沙子逐漸從棕色變?yōu)榱嗣髁恋陌咨?，就像綿白糖一樣。而后，他又將鹽和鎂以同樣的方法進(jìn)行研磨，再將這三種物質(zhì)混合起來進(jìn)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(tǒng)工藝生產(chǎn)出的純硅不同，這種純納米硅具有海綿一樣的3D多孔結(jié)構(gòu)，且極為穩(wěn)定。這種多孔結(jié)構(gòu)已經(jīng)被 證明是提高納米硅電池性能的關(guān)鍵。

實(shí)驗(yàn)顯示，用這種納米硅電極制成的新型電池可將目前電動(dòng)汽車的預(yù)期壽命提高至少三倍以上。而如將其用于智能手機(jī)電池，則有望將一天一充變成三天一充。 目前，費(fèi)沃斯和他的團(tuán)隊(duì)正在試圖用沙子生產(chǎn)出更多的納米硅，并計(jì)劃為手機(jī)等移動(dòng)電子設(shè)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(jīng)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(duì)比（d）。