世界各地的研究人员一直在寻求一种电池，这种电池能装上一拳，但比今天的电池更小更轻，有可能使电动汽车行驶得更远，或者便携式电子设备可以在不充电的情况下运行更长时间。现在，麻省理工学院和中国的研究人员表示，他们在这一领域取得了重大进展，推出了一种新型的锂电池关键部件-阴极。
该小组将他们的概念描述为“混合”阴极，因为它结合了以前使用过的两种不同方法的各个方面，一种是增加每磅能量输出(重量能量密度)，另一种是每升能量(体积能量密度)。他们说，这种协同组合产生了一个版本，它提供了两者以及更多的好处。
这项工作今天发表在杂志上。自然能，作者是麻省理工学院核科学与工程与材料科学与工程教授朱力，麻省理工学院博士后*伟薛**江等13人。
今天的锂离子电池倾向于使用由过渡金属氧化物制成的阴极(电池中的两个电极之一)，但用硫制成阴极的电池被认为是一种很有前途的减肥方法。今天，锂硫电池的设计者们面临着一种权衡。
这种电池的阴极通常有两种方式之一，即插层式或转换式。插层类型，使用的化合物，如锂钴氧化物，提供了较高的体积能量密度-填料，许多穿孔每体积，因为它们的高密度。这些阴极可以保持它们的结构和尺寸，同时将锂原子加入到它们的晶体结构中。
另一种阴极方式，称为转换型，使用硫的结构转化，甚至暂时溶解在电解液中。“理论上，这些(电池)有很好的重量能密度，”李说。“但是体积密度很低，”部分原因是它们往往需要大量额外的材料，包括用来提供电导率的过多的电解质和碳。
在他们的新的混合系统中，研究人员成功地将这两种方法结合成一种新的阴极，这种阴极既结合了一种叫做Chevrel相的硫化钼，又结合了纯硫，这两者似乎都提供了最好的方面。他们使用这两种材料中的粒子并将其压缩成固体阴极。“这就像*药炸**中的底漆和*NTT**，一种快速反应，另一种具有更高的重量能量，”Li说。
另外，结合材料的电导率相对较高，从而减少了对碳的需求，降低了整体体积，Li说。他说，典型的硫阴极由20%到30%的碳组成，但新版本只需要10%的碳。
使用这种新材料的净效果很大。今天的商用锂离子电池的能量密度可以达到每公斤250瓦特小时和每升700瓦时，而锂硫电池的能量密度可以达到每公斤约400瓦特小时，但每升只有400瓦特小时。新的版本，在其最初的版本还没有经过优化过程，已经可以达到超过360瓦特小时每公斤和581瓦特小时每升，李说。根据这些能量密度的组合，它可以击败锂离子电池和锂硫电池。
通过进一步的研究，他说，“我们认为我们可以达到每公斤400瓦特小时和每升700瓦特小时”，后者相当于锂离子。该团队已经比许多旨在开发大型电池原型的实验室实验更进一步：他们没有测试容量只有几毫安小时的小硬币电池，而是生产了一个容量超过1000毫安小时的三层电池(电动汽车等产品电池的标准亚单元)。这与一些商用电池相当，表明新设备确实符合其预期的特性。
到目前为止，从充放电周期的数量来看，这种新电池还不能达到锂离子电池的寿命，在失去太多的动力之前，它就无法发挥作用。但这个限制“并不是阴极的问题”；它与整个电池设计有关，“我们正在致力于这个问题，”李说。他说，即使在目前的早期阶段，“这对于一些利基应用可能也很有用，比如远程无人机”，在那里，重量和体积都比寿命更重要。