如果你拆开一个如今无处不在的高科技设备——不管是手机、笔记本电脑还是电动汽车，你都会发现电池占据了这些设备内部的大部分空间。的确，最近的电池革命使得在一小块空间里储存大量电能成为可能。然而人们总是会想要他们的设备续航时间更长，因此研发人员日夜兼程地努力让一小块电池能够储存更多的能量。同时，一些锂电池过热或者自燃的事故也让人们对于电池技术的安全性十分关注。
现在麻省理工学院和三星公司的研究人员发明了一种新方法改造了电池必不可少的三要素之一——电解液。他们的发现在于：固体电解液比现在大多数充电电池使用的液体电解液更能有效提升设备寿命以及安全性，同时还能大大增加蓄电量。他们的研究结果发表在《自然材料》期刊上。文章的主要作者是麻省理工学院博士后Yan Wang，材料与工程学客座教授Gerbrand Ceder以及其他五人。
他们描述了一种制作固态电解液的新方法，这种方法解决了目前被用于各种设备中的锂电池面临的最大挑战。
通常，锂电池的电解液是一种液态有机溶剂，它的主要功能在于，在放电或者充电过程中将带电荷的粒子从一个电极运输到另一个电极。锂电池电解液被认为是电池过热和着火的罪魁祸首。比如，Ceder解释道，波音787梦幻喷气飞机机型的暂时搁浅就是由于锂电池过热着火导致的。许多科学家都试图让电解液变成固态的，但是麻省理工学院的这些研究人员是第一批做出符合应用需求的设计的人。
Ceder说，固态电解液是“真正的变革者，能够创造出几近完美的电池，还能解决与现有电池寿命、安全以及价格相关的大部分问题。”他说，虽然锂电池的价格稳步下降，但是就安全性而言，将液体电解液替换成固态的是问题的关键，“所有你看到的波音、特斯拉还有其他设备着火的原因都是电解液造成的。锂本身在电池中不具有易燃性。如果你有固态电解液，你甚至可以把电池扔墙上，或者钻透它，它都不会起火。
”这种固态电解液还有其他优点，他补充道，“固态电解液不存在降解反应的问题”。也就是说，这种电池可以经过“千百次循环使用”。
Ceder认为，制作这种固态电解液的关键在于找到一种能够在电池中快速传导离子的材料。“有一种观点认为固体无法快速导电，但是这种定势已经被推翻了。”他说。这个研究团队已经分析出让固体有效传导离子的关键因素，并且已经锚定了显示出这种特性的固体材料。他们最初的发现关注一类叫做超离子锂电子导体的材料，这种材料是锂、锗、磷以及硫的化合物。但是该团队认为，他们通过这项研究得出的原理可被用于制造更有效的材料。
这个固体电解液研究是与韩国三星公司合作的产物之一。他们合作的其他成果包括用量子点材料制造的太阳能电池以及钠电池。这种固态电解液还有其他意想不到的好处：传统锂电池在严寒下无法正常使用。只有在被预热到大概华氏零下20度时才能使用，而固态电解液在那样的温度中还能正常工作，Ceder说。固态电解液还具有更高的能量密度（在特定空间内存储能量的数量）。
使用固态电解液的电池的能量密度能够增加20%到30%，这直接相应延长了手机、电脑以及电动汽车电池的巡航时间。
“这项研究的质量无与伦比，”加州大学圣地亚哥分校的纳米工程学副教授Ying Shirley Meng说道，“这个团队在计算材料科学领域有着优良的记录，他们又一次为电池与材料领域带来了革命性的新发现。”Meng认为这项研究“为设计和优化新型固态电极（SSE）材料提供了具有重要意义的设计原理。现在实验人员可以用这些原理来探索新的领域并且能加速SSE的发现。这十分激动人心。”