利用水溶液电解质可生产电池？用起来更加安全？

据外媒报道，美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的工程师，采用水溶液电解质生产电池。比起传统有机电解质，新电池更安全、性价比更高、性能良好。

在电池内部，正极和负极两个电极浸在液体电解质中。电池充放电时，液体电解质就会传导离子。水溶液电解质因不可燃性而备受关注。而且，在制造过程中，与非水电解质不同，水溶液电解质不易受水分影响，更方便操作，成本更低。对于这种材料来说，最大的挑战在于如何保持性能。“如果你对水溶液施加太多电压，它就会电解，分解成氢和氧。”伦斯勒的机械、航空航天和核工程讲座教授 Nikhil Koratkar 表示，“通常情况下，这种材料的电压窗口非常有限。”

在本项研究中，Koratkar 及其团队，使用一种特殊的水溶液电解质，即 water-in-salt 电解质，该电解质不易发生电解。同时，研究人员采用锂锰氧化物做正极，用铌钨氧化物做负极。据 Koratkar 介绍，铌钨氧化物是一种复杂的氧化物，以前从未发现应用于水系电池中。“事实证明，氧化铌钨的单位体积储能表现突出。从体积方面看，这是迄今为止表现最好的水系锂离子电池。”

据介绍，氧化铌钨的重量和密度相对较大，所以，基于质量的储能能力接近平均水平；由于铌钨颗粒在电极中致密堆积，基于体积的储能能力相当高。这种材料的晶体结构，为锂离子提供通道，使离子快速扩散，因此可以快速充电。

Koratkar 表示，新电池充电速度快，而且单位体积储电量大，这在水系电池中很罕见。对于新兴应用来说，如便携式电子设备、电动汽车和网格存储，在有限的体积中尽可能多地存储能量，这一点至关重要。

新型水系锂离子电池更安全长寿

长期以来，安全性和循环寿命对于锂离子电池而言，就像鱼和熊掌很难兼得。美国休斯顿大学德州超导中心由教授姚彦带领的团队利用廉价的有机材料制备出新型水系锂离子电池，很好地解决了这一难题。

当前锂离子电池采用可燃性有机电解液，存在很大的安全隐患，三星 Galaxy Note 7 手机爆炸再次为业界敲响了警钟。对比而言，铅酸电池和镍氢电池等水系电池使用水作为电解液，具有低成本、安全、不会燃烧等优点，但缺点也显而易见——循环寿命短，只有 300 次左右，无法满足电动汽车和储能等 5000 次以上循环寿命的要求。

针对这一问题，姚彦他们利用廉价的有机材料取代现有水系电池的负极，在几乎很少改变现有电池生产设备的情况下，使水系电池突破了寿命的瓶颈。姚彦强调，他们使用的有机材料远低于通常的电极材料价格，且不含有害重金属元素，对环境没有污染。除此之外，该材料还具有比容量高、寿命长等优点，用该材料制成的新型水系锂离子电池寿命是传统铅酸电池的 10 倍，充电时间也仅需 20 分钟，可替代铅酸电池用于汽车启停电池、风光电储能、低速电动车等新能源领域。

此外，新型水系锂离子电池还可以简化生产工艺，无需干燥间，大大降低了生产成本。

姚彦透露，正在研发的第二代水系锂离子电池具有更高的能量密度和更低的成本。目前该团队已经申请了多个国际专利，希望加快从技术向产品的转化进程。

审核编辑 黄昊宇