據外媒報道，美國倫斯勒理工學院（Rensselaer Polytechnic Institute）的工程師，采用水溶液電解質生產電池。比起傳統有機電解質，新電池更安全、性價比更高、性能良好。

在電池內部，正極和負極兩個電極浸在液體電解質中。電池充放電時，液體電解質就會傳導離子。水溶液電解質因不可燃性而備受關注。而且，在制造過程中，與非水電解質不同，水溶液電解質不易受水分影響，更方便操作，成本更低。對于這種材料來說，最大的挑戰在于如何保持性能。“如果你對水溶液施加太多電壓，它就會電解，分解成氫和氧。”倫斯勒的機械、航空航天和核工程講座教授 Nikhil Koratkar 表示，“通常情況下，這種材料的電壓窗口非常有限。”

在本項研究中，Koratkar 及其團隊，使用一種特殊的水溶液電解質，即 water-in-salt 電解質，該電解質不易發生電解。同時，研究人員采用鋰錳氧化物做正極，用鈮鎢氧化物做負極。據 Koratkar 介紹，鈮鎢氧化物是一種復雜的氧化物，以前從未發現應用于水系電池中。“事實證明，氧化鈮鎢的單位體積儲能表現突出。從體積方面看，這是迄今為止表現最好的水系鋰離子電池。”

據介紹，氧化鈮鎢的重量和密度相對較大，所以，基于質量的儲能能力接近平均水平；由于鈮鎢顆粒在電極中致密堆積，基于體積的儲能能力相當高。這種材料的晶體結構，為鋰離子提供通道，使離子快速擴散，因此可以快速充電。

Koratkar 表示，新電池充電速度快，而且單位體積儲電量大，這在水系電池中很罕見。對于新興應用來說，如便攜式電子設備、電動汽車和網格存儲，在有限的體積中盡可能多地存儲能量，這一點至關重要。

新型水系鋰離子電池更安全長壽

長期以來，安全性和循環壽命對于鋰離子電池而言，就像魚和熊掌很難兼得。美國休斯頓大學德州超導中心由教授姚彥帶領的團隊利用廉價的有機材料制備出新型水系鋰離子電池，很好地解決了這一難題。

當前鋰離子電池采用可燃性有機電解液，存在很大的安全隱患，三星 Galaxy Note 7 手機爆炸再次為業界敲響了警鐘。對比而言，鉛酸電池和鎳氫電池等水系電池使用水作為電解液，具有低成本、安全、不會燃燒等優點，但缺點也顯而易見——循環壽命短，只有 300 次左右，無法滿足電動汽車和儲能等 5000 次以上循環壽命的要求。

針對這一問題，姚彥他們利用廉價的有機材料取代現有水系電池的負極，在幾乎很少改變現有電池生產設備的情況下，使水系電池突破了壽命的瓶頸。姚彥強調，他們使用的有機材料遠低于通常的電極材料價格，且不含有害重金屬元素，對環境沒有污染。除此之外，該材料還具有比容量高、壽命長等優點，用該材料制成的新型水系鋰離子電池壽命是傳統鉛酸電池的 10 倍，充電時間也僅需 20 分鐘，可替代鉛酸電池用于汽車啟停電池、風光電儲能、低速電動車等新能源領域。

此外，新型水系鋰離子電池還可以簡化生產工藝，無需干燥間，大大降低了生產成本。

姚彥透露，正在研發的第二代水系鋰離子電池具有更高的能量密度和更低的成本。目前該團隊已經申請了多個國際專利，希望加快從技術向產品的轉化進程。

審核編輯 黃昊宇