Kostiantyn Kravchyk解释说，漂浮石墨能够非常好地工作原因在于：石墨的边缘看起来就像是一堆纸的边缘。其中，离子可以很容易地在其边缘处移动。但是如果石墨层被压扁，那么它的工作效果就不会很好了。图片来源：Empa

【据phys网站 10月11日报道】锂离子电池是易燃的，而目前，其原材料正处于价格上涨阶段。那么问题来了，当今是否存在着可替代锂离子电池原料的材料呢？显然，答案是肯定的：Empa和苏黎世研究人员已经发现了有希望的方法，或许我们可以使用废石墨和废金属生产来电池。

Kostiantyn Kravchyk在Maksym Kovalenko集团工作。这个研究小组设在苏黎世科技大学和Empa薄膜和光伏实验室。Empa分公司的两个研究人员有一个雄心勃勃的目标，那就是利用地壳中最常见的元素（如镁或铝）来制备电池。这些金属可以提供高度的安全性，即使阳极是由纯金属材料制成的。这也提供了一个以非常简单和廉价的方式，来组装电池并将其快速升级为工业化生产的机会。

为了使这种电池可以运行，液体电解质必须是由在室温下不结晶的特殊离子组成，它们在室温下形成一种熔体。金属离子在这种“冷熔体”中的阴极和阳极之间来回移动，被包裹在厚的氯离子套中。又或者，可以使用不含金属的大而轻的有机阴离子。这确实带来了一个问题，即当电池充电时，这些“厚”的离子应该在哪里？可以适用于阴极的是什么材料？通过比较：在锂离子电池中，阴极由金属氧化物制成，在充电期间可以很容易地吸收小的锂阳离子。然而，这对于大的阴离子并不起作用。此外，这些大的阴离子与锂阳离子具有相反的电荷。

漂浮石墨是钢铁生产中所得的废品。它可以用来做一个廉价的非利用丰富材料的充电电池。信息来源：Empa / ETHZürich

为了解决这个问题，Kovalenko的团队把握了他们研究的关键：将锂离子电池的原理做了颠倒。其中，在传统的锂离子电池中，阳极（也就是负极）由石墨制成，在它们的层中含有锂离子，从而使得它们的层处于带电状态。相反，在Kovalenko团队制备的电池中，石墨用作阴极（也就是正极），金属用做阳极，而厚阴离子则会沉积在石墨烯层之间。

Kravchyk在寻找“正确的”石墨时，有了一个显著的发现：他发现在钢铁生产中生产出的废石墨（被称为“漂浮石墨”）是一种很好的阴极材料。自然界存在的天然石墨如果制成粗糙的薄片，而不是磨得太细或者折叠成非薄片形状时，也可以有效地发挥作用。产生这种效果的原因在于：石墨层在薄片边缘处开放，因此相对较厚的阴离子则会很容易地滑入结构中。然而，通常用于锂离子电池的细磨石墨不适合Kovalenko团队研究的电池。当研磨石墨颗粒通过它们的层时，这些层变得像皱纸一样起皱。而此时，只有小的锂离子能够穿透这个皱巴巴的石墨，而新电池的浓阴离子则会很难穿过。

由钢铁生产“石墨”或原始的天然石墨薄片构成的石墨阴极电池有潜力成为高性价比的电池。如果第一个实验是可行的，那么它也是持久的。几个月来，实验室在数千次充电和放电周期中幸存下来。 Kravchyk解释说：“氯化铝 - 石墨阴极电池可以在日常家庭使用中持续数十年。”他又接着补充说，“类似的演示正在进行，除了不会影响容量，电池电压也进一步提高，而且更轻的元素将会进一步开发，从而增加电池的能量密度，即从目前的60 Wh kg-1到高于150 Wh kg-1的状态。