多年來，電池一直是大多數電子消費品的薄弱環節。以智能手機為例，雖然技術日新月異，手機已經可以直接觀看高清影像，但是看不了多久就要充電。筆記本電腦雖然裝上了雙核、能夠揮灑自如地執行多任務，但只要全力運行幾小時，內部的電池就會耗盡。我們都經歷過這樣的尷尬――等待重要來電時，手機卻沒電了；最喜歡的歌曲快要開始，iPod的指示燈卻滅了；死命跑到咖啡館，只為給筆記本電腦充電。多虧美國一組科學家最近取得的突破，這樣的尷尬將會越來越少。

著眼源頭，巧用夾心

這個研究組來自芝加哥的西北大學，研究帶頭人是芝大化學和生物工程系的教授哈羅德。孔博士（HaroldKung）。孔博士和他的同仁宣布，通過在電池中添加新的材料，他們已經能讓電池的儲電量和充電速度大大提高。近期的《高級能量材料》（AdvancedEnergyMaterials）雜志上刊登了對這項創新的介紹，執筆的孔博士等人在文中對新技術做了詳細描述。

這項研究的對象是鋰離子電池。現在市場上的大多數可充電設備都靠鋰離子電池供電，以目前的技術而論，它有兩個主要缺陷：一是電力供應有限，二是充電速度緩慢。眼下正有越來越多的消費者使用智能手機和平板電腦進行數據密集的操作，比如看電影、玩游戲、上網瀏覽等等。因此，電池的性能自然就成為了大家關注的焦點。

為了提高用電效率，廠商紛紛在自己的產品上動起了腦筋，例如蘋果就剛剛完成了iPhone4S的軟件更新，以解決耗電過快的問題；不久前發明的E-MiLi技術可以阻止手機在休眠模式下搜索信號，從而延長電池的續航能力；新問世的硅芯片可使處理器的效率倍增，讓設備在不耗盡電池的前提下完成密集操作；手機廠商甚至研發了透明的太陽能顯示屏貼膜，讓智能手機能在陽光中充電。

以上創意的出發點都是提高設備的用電效率；而孔博士等人的目標，則是增強電池本身的性能，從源頭上解決電力不足的問題。

顧名思義，鋰離子電池就是內部含有鋰離子的電池。每一塊鋰離子電池的正極都安裝了好幾層名叫“石墨烯”的材料，石墨烯是層層疊疊的碳原子，鋰離子位于這些碳層之間，每當電池充電或者耗電時，它們就從一個碳層移動到另一個碳層。充電，就是將鋰離子送往電池正極的過程，當所有離子都抵達正極，電池就充滿了。而在設備投入使用的時候，電池中的鋰離子就開始逐漸向負極移動，當它們全部抵達負極，電力即告耗盡。

孔博士和同事的目標是增加鋰離子電池的能量密度；換言之，如何在電池中儲存更多能量，以及如何更快地將能量存入取出。他們決定從改變電池正極的內部結構著手。

鋰離子電池的儲電量是由電池內部的鋰離子數量決定的。在由石墨烯組成的傳統鋰離子電池中，每六個碳原子可容納一個鋰原子。為了增加儲電量，科學家試過用硅來替換碳；硅的容量比碳大，每四個硅原子就能容納一個鋰原子，因此更善于儲電，但硅也有它的缺點，就是會在充電時膨脹收縮、發生碎裂，從而使電池迅速失去電力。