第946章 研究进阶

锂电池因为高能效比在电子设备中广泛应用，市场前景越来越广阔，也因此有很多科研人员投入这个行业。 这种电池基于锂离子在正极和负极材料之间的嵌入和脱嵌过程，实现电能的储存和释放。 当前主流锂电池，通常使用镍钴锰或者镍钴铝按照不同配比与锂元素进行混合做正极材料，被称为三元锂电池，能效比最高；另一种则是磷和铁与锂离子结合做正极材料的磷酸铁锂电池，成本相对较低，能效比稍差，负极材料大多数以石墨为主。 当外部电源连接到电池时，锂离子从正极材料中脱离出来，通过电解液向负极移动。 在负极，锂离子嵌入到石墨的层状结构中，并与从正极通过外电路到达的电子结合，储存电荷能量。 使用电池为外部设备供电时，嵌入在负极的锂离子会脱嵌出来，再次通过电解液迁移到正极。 在正极，锂离子与正极材料反应，同时从外电路接收电子，这一过程释放能量，形成电流供设备使用。 锂电池的能量存储和释放本质上是化学能与电能之间的转换，这一过程是可逆的，允许电池反复充放电。 正负极材料在反复的锂离子嵌入和脱嵌过程中，部分活性物质会逐渐溶解、脱落或发生结构变化，导致可参与反应的锂离子减少，电池容量随之下降。 锂元素是密度最小的金属，在元素周期表中位次只在氢与氦之后，排第三位，也就意味着相同的质量中，可以含有更大数量的金属离子，在正负极之间进行穿梭，达到最高的存储能效。 燕新新材料公司原先主要研究方向，就是更高能效的三元锂电池材料，提高能量密度，降低生产成本，可惜研究进展缓慢，始终达不到量产要求。 曾凡从公司回到家后，就在书房琢磨如何设计一种更合理的电池结构，提高能效比的同时，增加安全性，受热容易起火爆炸是锂电池的痼疾。 本来想设计个家庭用的垃圾清理机器人，结果又跳跃到了电池的研究上来，主要还是他微观感应进展到原子层面后，对微观分子结构的研究更方便，让他可以看到更多的可能性，无论研究哪个方向，都能取得前所未有的成果。 其实生物体就是能效比最高的机器，不需要太高能量密度，就可以做到很多机器做不了的事情，但是改造出一种有智慧的生物为人类支配，曾凡从内心比较抵触，他更希望设计出只有简单智能的机器来做这些工作。 所有的机器最高效便捷的能源就是电能，想要可以移动，那电池就是必不可少的材料，解决电池问题，就相当于解决了许多机器设备的使用效率问题。 提高电池的能量密度，最根本的方法就是提高电池中用于能量循环的锂离子数量，减少充放电过程中锂离子的损失。 提升电池的安全性，最主要就是提高电池耐热性，减少正负极短路的可能，最好是用固态物质替代现有的液态或者凝胶电解质。 将这两个要求融合到一起，目前理论上最佳解决方案就是锂离子固态电池，所谓的固态电池，指的就是固态电解质。 电解质的最佳要求允许锂离子在电池内部高效移动，同时阻隔电子传递，确保电荷只能通过外部电路流动，同时还要有很好的高低温适应能力，极端状况下也能最大限度隔离电池正负极，减少内部短路的可能。 固态电解质能很好的解决这些问题，只是仍面临很多的技术挑战：目前固态电解质的离子电导率相对较低，影响电池的快速充放电性能；正负极材料与固态电解质之间的接触界面电阻较大，影响电池性能；还有就是大规模生产的成本控制问题。 只要曾凡能找到一种解决这些缺点的固态电解质材料，那锂电池的性能将会得到极大的提升，垃圾清理机器人也能按照他的设计要求很快的做出来。 曾凡脑中有很多未来可能的技术演进信息，结合他现在的微观感应能力，只要找到方向，很容易就能把这种固态电池做出来。 有了意念场微观感应能力，还有记忆唤醒带来的诸多超前信息，他一天的研究进展就能顶上几十个顶级科研团队几年的努力，现实就是这么科幻。 省去了诸多弯路和试错的过程，可以挑选未来经过验证的技术方案，快速的复现出来，剽窃未来的科研成果，他心里还是有一些不得劲。 不过一想到那些成果的发明人现在都没有出生呢，甚至可能都不会出生，他觉得也算不上剽窃了。 主流的固态电解质有三个研究方向：氧化物固态电解质、硫化物固态电解质，聚合物固态电解质。 经过对比后，曾凡选择的固态电解质方案是一种聚合物材料，手工的复现这种材料过程中，他发现以现在的技术能力，量产的话难度会很大。 当然，只要他不嫌麻烦，这些难题也能一个个去解决掉，也不是不能量产，只是前期的成本会很高，许多设备要自己设计，几种原材料要自己制备，还需要设计单独的工艺流程，整个生产流程会很长。 既然都要费时费力，那他不如尝试改进这种材料，还能减轻剽窃未来的心理负担，有了智力上的付出，说是他的发明也就不会那么心虚了。 所谓的聚合物，是由大量重复单元通过共价键连接而成的大分子化合物，通常都是由多种元素组合而成。 聚合物的分子单元可以是相同的，形成均聚物，也可以是不同的，形成共聚物。聚合物的分子量非常高，通常在数千到数十万的数量级，这赋予了它们独特的物理和化学性质，使得它们在多种应用中表现出色。 因为分子量大，让它们具有复杂多变的结构，不同的聚合物可以实现广泛的性能指标，在强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、电绝缘性、透光性、气密性等多方面满足各种不同用途的需求。 自然界存在大量的聚合物，比如纤维素，天然橡胶，蛋白质等等，现代科技的发展，人工研制出更多种类的聚合物，如塑料、合成纤维、合成橡胶等等，涉及到人类生活的方方面面。 如果把原子看做构成这个世界的基本单元，相当于生物体中普遍存在的基因，这些不同性质的聚合物就相当于构成这个复杂的物质世界的特种细胞，或者是不同功能的细菌微生物。 深入研究之后，曾凡发现，不同聚合物的功能、结构的复杂性远超过他的想象，并不比他早先研究的生物基因功能模拟简单。 他想改进这种聚合物电解质，就需要对相类似的聚合物性能特点，分子结构都有深刻的认知才行，单纯的简化掉一部分分子结构，还想要满足原先的要求，那和买彩票中头奖一样几率渺茫。 好在曾凡现在的条件和早先做基因模拟的时候不一样了，他的意念场中做这些高度重复性的工作效率出奇的高，相当于普通用户脑波游戏中的个人世界，以他的能力，一晚上的时间就能做完现实中需要几十年时间的模拟实验。 刚刚突破一次，短期内再次突破，让意念场感应原子以下尺度的微观世界，对他来说难度有点大。 研究这些聚合物大分子也算是为以后打基础，也正符合新材料公司的需求，有了这些基础认知打底，各种特性需求的新型材料，他可以很快的研究出来。 相比之下，以前盘的那些珠子，相当于小学的课程，现在研究不同的大分子聚合物性能，制造符合需求的聚合物材料，就是高中大学的课程，也算是研究水平升级了。