电池设计新思路：“人造缺陷”为离子打开更多大门 锂电性能有望大增

锂离子电池被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车。随着科学家们不断地研究和改进，这些电池可能会对交通运输产生重大影响，并可作为风能和太阳能等可再生能源的存储设备。

据报道，美国北卡罗来纳州立大学（NCSU）与能源部橡树岭国家实验室的研究人员合作进行的一项新研究表明，来自高功率激光的极短脉冲，可以在锂离子电池材料中造成微小的缺陷，但这些缺陷的存在反而是好事，可以提高电池性能。

这项技术被称为纳秒脉冲激光退火，仅持续100纳秒，由现代眼科手术中使用的相同类型激光产生。研究人员在石墨上测试了这项技术，石墨是一种广泛用于锂离子电池阳极或正极的材料。他们分别以10个脉冲和80个脉冲测试了这项技术，并比较了电流容量的差异。

该研究论文的通讯作者Jay Narayan表示，“材料缺陷可能是一件麻烦事，但如果你能正确地设计它们，就能使它们成为一种优势。可以说，这项技术为锂离子打开了一扇门，它提高了电流容量。”

他解释称，石墨阳极通常由表面的“台阶”和凹槽组成，创造更多的台阶就像创造更多的锂离子进出的门，这是有益的。他指出，实验表明，当使用最优脉冲数（接近10个脉冲而不是80个脉冲）时，电流容量增加了20%。

“这项技术还会产生一种叫做空位的缺陷，即缺少原子，这有助于为锂离子提供更多的进出场所，这与当前的容量有关。”他补充说。最新研究成果已于近期发表在了《碳》杂志上。

在谈及实际应用时，研究人员们表示，制造商应该有能力在生产阳极和阴极时使用纳秒脉冲激光退火。在最近的另一项研究中，他们在阴极材料上也使用了同样的激光技术，并证明了该技术增强阴极材料的能力。

“这些高功率激光器可以在一微秒内处理阳极和阴极。阴极或阳极是在薄片上制成的，这使得处理相对快速和容易。”他们说。

下一步，研究人员们表示，他们将努力消除使用昂贵材料的需求，例如电池阴极中的钴，以制造更高功率和更持久的电池。