石墨烯與電池的姻緣來(lái)自這種超級(jí)材料的巨大應(yīng)用潛力，而實(shí)現(xiàn)電池性能的提升，石墨烯無(wú)疑是最佳之選。

時(shí)至今日，移動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)汽車中的鋰離子電池得到了不斷完善，然而科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)它更大的提升空間。盡管理論上鋰電池每次充電儲(chǔ)能頗多，但其當(dāng)前的結(jié)構(gòu)確實(shí)存在著缺陷，特別是安全方面。不過(guò)最近，美國(guó)西北大學(xué)的工程師們聲稱，在電池充電時(shí)他們能利用石墨烯的褶皺球作為腳手架，從而克服這些缺陷。

西北大學(xué)工程系的JiaxingHuang解釋說(shuō)：“在目前的電池中，鋰通常是以離子形式分布在陽(yáng)極材料（如石墨或硅）中的，但是這種方式會(huì)‘稀釋’電池的性能。鋰本身就是金屬，為什么我們不能直接用鋰作為陽(yáng)極呢？”

這種方案不可行的原因在于樹(shù)突，即電池充電時(shí)積聚在陽(yáng)極表面的微觀鋰?yán)w維。如果樹(shù)突擴(kuò)散，就會(huì)阻礙電池的性能，最終導(dǎo)致電池短路、起火。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員們提出過(guò)各種各樣不同的方法，如使用不同的電解質(zhì)，用凱夫拉（Kevlar，一種芳綸纖維材料，材料原名叫"聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺"）加強(qiáng)電池，開(kāi)發(fā)能阻止樹(shù)突的形成的三維納米管蔟叢等等。

西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)實(shí)際上是以2011年開(kāi)發(fā)的一種石墨烯球?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行研究的，工程師們從廢紙團(tuán)上汲取了靈感，想出了一種將石墨烯薄片皺成球的方法：首先在石墨烯薄片上噴灑極微小的霧化水滴；之后這些水分蒸發(fā)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)作用力，使薄片皺起，變成粗糙的球形。

當(dāng)時(shí)，工程師們注意到這種形式的石墨烯球具有良好的儲(chǔ)能潛力，因?yàn)槭┣虿粌H保留了與石墨烯片相同的導(dǎo)電性能和表面積，還具有體積更小這一優(yōu)點(diǎn)。像這樣采用石墨烯球結(jié)構(gòu)的話，更大量的石墨烯就可以被封裝在相同大小的緊密結(jié)構(gòu)中。

現(xiàn)在，研究人員正在考慮用這種石墨烯球作為新型鋰金屬電池的陽(yáng)極多孔支架。多孔支架被認(rèn)為是這種混合物質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置中最重要的一部分，因?yàn)楫?dāng)電池充電時(shí)，鋰會(huì)優(yōu)先沉積在支架表面上，從而避免產(chǎn)生樹(shù)突。

但是問(wèn)題總是源源不斷。鋰在充電時(shí)會(huì)沉積、覆蓋在支架表面，再隨著電池放電而再溶解到電解液中，這就導(dǎo)致在充放電循環(huán)中，支架結(jié)構(gòu)會(huì)如同干濕海綿一般不斷膨脹和收縮，從而產(chǎn)生應(yīng)力，支架逐漸崩壞。

那么他們又是如何解決這個(gè)問(wèn)題的呢？雖然最直觀的方法就是研制抗力更強(qiáng)的支架，Huang和他的團(tuán)隊(duì)還是采取了不同的方法。

“我們的策略是一種逆向思維，”Huang告訴記者?！拔覀兞钍┝Ｗ优帕胁还潭ǎ寒?dāng)從電解液中吸收鋰時(shí)，它會(huì)構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)電材料（鋰和石墨烯）；當(dāng)鋰被剝離時(shí)，顆粒則可以重新組織排列，形成連續(xù)均勻的石墨烯層粒子?！?br/>
為測(cè)試其性能，該團(tuán)隊(duì)將這種能夠承受周期性體積波動(dòng)的新型支架應(yīng)用到了一個(gè)完整的電池上，從而制作出了一款新電池。在這款新電池中，支架可以作為一個(gè)連續(xù)的均勻網(wǎng)絡(luò)，容許鋰離子流過(guò)其表面。研究人員說(shuō)，這款新電池比一般的鋰電池要輕得多，而且傳統(tǒng)鋰電池只可以封裝幾十微米厚的鋰，而他們的新電池可以容納足足150微米厚的鋰。

研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)申請(qǐng)了這項(xiàng)技術(shù)的臨時(shí)專利，但這項(xiàng)新技術(shù)中仍然有很多亟待完善的內(nèi)容，例如，為什么在皺褶的石墨烯球表層沉積時(shí)，鋰金屬能平穩(wěn)地覆蓋于其表面，而不是形成樹(shù)突。這需要他們進(jìn)一步發(fā)掘。

正如Huang所說(shuō)，一項(xiàng)研究的結(jié)果往往能衍生出許多相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，研究者們就應(yīng)該像這樣多加思考，因?yàn)樽约旱挠^察和發(fā)現(xiàn)常常是開(kāi)展下一步工作的最佳靈感來(lái)源。