使用新型电解质可以实现先进的金属电极和更高的电压，提高容量和循环寿命。

锂离子电池使轻便的电子设备成为可能，我们现在认为它的便携性是理所当然的，也使电动汽车的生产迅速扩大。但世界各地的研究人员正在继续突破极限，以实现更大的能量密度，即在给定质量的材料中可以储存的能量，从而提高现有设备的性能，并有可能实现远程无人机和机器人等新应用。

一种有前途的方法是使用金属电极代替传统的石墨，在阴极中具有更高的充电电压。然而，由于与分离电极的电解质发生了各种不必要的化学反应，这些努力受到了阻碍。现在，麻省理工学院和其他地方的一组研究人员发现了一种新型电解质，它克服了这些问题，可以在不牺牲循环寿命的情况下，使下一代电池的单位重量功率大幅提高。

麻省理工学院教授Ju Li、Yang Shao Horn和Jeremiah Johnson在《自然能源》杂志上发表了一篇论文，报道了这项研究；博士后薛伟江；以及麻省理工学院、两个国家实验室和其他地方的19个实验室。研究人员表示，这一发现可能使锂离子电池（现在通常每公斤可储存约260瓦时）有可能储存约420瓦时。这将为电动汽车带来更长的续航里程，并为便携式设备带来更持久的变化。

在布鲁克黑文国家实验室拍摄的X射线断层扫描图像显示，使用传统电解质的电池单元的一个电极中的颗粒破裂（如左图所示）。研究人员发现，使用一种新型电解质可以防止大部分开裂（右）。来源：由研究人员提供

这种电解质的基本原材料很便宜（尽管其中一种中间化合物仍然很昂贵，因为它的使用有限），而且制造过程很简单。因此，研究人员表示，这一进展可以相对较快地实施。

化学教授Johnson解释说，电解质本身并不新鲜。它是几年前由该研究团队的一些成员开发的，但用于不同的应用。这是开发锂空气电池的努力的一部分，锂空气电池被视为最大限度地提高电池能量密度的最终长期解决方案。但这种电池的开发仍面临许多障碍，这项技术可能还需要几年的时间。与此同时，将这种电解质应用于具有金属电极的锂离子电池是可以更快实现的。

这种电极材料的新应用是在几年前由Shao Horn、Johnson和其他人在一家旨在开发锂空气电池的合作企业中首次开发后“偶然”发现的。

约翰逊说：“目前还没有什么东西能提供一个好的可充电锂空气电池。”。然而，“我们设计了这些有机分子，希望与现有使用的液体电解质相比，这些有机分子可能具有稳定性。”他们开发了三种不同的磺酰胺基配方，发现它们非常耐氧化和其他降解作用。然后，薛博士后与李的团队合作，决定用更多的标准阴极来尝试这种材料。

核科学与工程、材料科学与工程教授李说，他们现在与这种电解质一起使用的电池电极类型是一种含有一些钴和锰的氧化镍，“是当今电动汽车行业的主力军”。

由于电极材料在充电和放电时会各向异性地膨胀和收缩，因此当与传统电解质一起使用时，这可能导致开裂和性能下降。但在与布鲁克海文国家实验室合作的实验中，研究人员发现，使用这种新型电解质大大减少了这些应力腐蚀开裂降解。

问题是合金中的金属原子倾向于溶解到液体电解质中，失去质量并导致金属开裂。相比之下，这种新型电解质对这种溶解具有极强的抵抗力。李说，从布鲁克黑文测试的数据来看，“如果你只是改变电解质，那么所有这些裂缝都消失了，这有点令人震惊。”他们发现电解质材料的形态更加坚固，过渡金属在这些新电解质中“没有那么多溶解度”。

他说，这是一个令人惊讶的组合，因为这种材料仍然很容易让锂离子通过——这是电池充电和放电的基本机制——同时阻止被称为过渡金属的其他阳离子进入。与标准电解质相比，在多次充放电循环后，电极表面上不需要的化合物的积累减少了十倍以上。

机械工程和材料科学与工程教授邵霍恩说：“电解质在化学上能抵抗高能富镍材料的氧化，防止颗粒断裂，并在循环过程中稳定正极。”。“电解质还能够稳定、可逆地剥离和电镀锂金属，这是实现可充电锂金属电池的重要一步，其能量是现有技术锂离子电池的两倍。这一发现将促进进一步的电解质搜索和锂金属电池液体电解质的设计，与固态电解质相媲美。”

下一步是扩大生产规模，使其价格合理。约翰逊说：“我们用现成的商业原料，通过一个非常简单的反应就可以制造出来。”。目前，用于合成电解质的前体化合物很昂贵，但他说：“我认为，如果我们能向世界证明这是一种很好的消费电子电解质，那么进一步扩大规模的动机将有助于降低价格。”

李说，因为这本质上是对现有电解质的“替代”，不需要重新设计整个电池系统，所以可以很快实施，并可以在几年内实现商业化。“没有昂贵的元素，只有碳元素