美國(guó)華人科學(xué)家9月6日說(shuō)，他們研制出一種基于水基電解液的新型鋰離子電池，不僅消除了傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，且能量密度達(dá)到傳統(tǒng)鋰離子電池水平，朝著安全鋰離子電池實(shí)用化方向邁出一大步。
這項(xiàng)工作由美國(guó)馬里蘭大學(xué)的王春生教授、楊重寅博士以及美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室資深化學(xué)家許康等人合作完成，論文發(fā)表在美國(guó)細(xì)胞出版社旗下《焦耳》雜志上。
“這是第一次實(shí)現(xiàn)水基電解液的4伏級(jí)電池，從原理上說(shuō)是很重大的基礎(chǔ)性突破。”楊重寅等人在給記者的一份電子郵件中說(shuō)。他們解釋說(shuō)，傳統(tǒng)商用化鋰離子電池使用極易燃的有機(jī)電解液，安全隱患嚴(yán)重。而用不可燃的水基電解液替換有機(jī)電解液的問(wèn)題在于，前者電化學(xué)穩(wěn)定窗口一般小于2伏，一旦電極電壓超過(guò)這個(gè)數(shù)字，電解液就失去穩(wěn)定，因此能量密度受限。
他們解釋說(shuō)，最新研究的關(guān)鍵在于避免鋰金屬或石墨電極直接接觸水基電解液中的水分子而導(dǎo)致還原產(chǎn)氫。為此，他們開發(fā)出一種非常疏水的膠體保護(hù)層材料，均勻包覆在電極表面，有效防止了水分解副反應(yīng)導(dǎo)致的電極失效。
更關(guān)鍵的是，他們發(fā)現(xiàn)，在最初的充放電循環(huán)中，保護(hù)層中特定組分在負(fù)極表面原位形成更為致密疏水的固體電解液界面層，進(jìn)一步鈍化了負(fù)極表面，并且這一固體界面層可在局部破損情況下自我修復(fù)，保證了電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
王春生和許康等人指出，該研究成果為研發(fā)高電壓窗口的安全水基鋰離子電池提供了新方向和思路。從基礎(chǔ)科學(xué)意義上看，“穩(wěn)定的4伏水基電解液可以給各種電化學(xué)裝置帶來(lái)許多新機(jī)會(huì)”。同時(shí)，水基鋰離子電池可省去傳統(tǒng)鋰離子電池中必不可少的安全裝置，進(jìn)一步降低了電池組件重量。
他們強(qiáng)調(diào)，目前的研究還只是實(shí)驗(yàn)室中的概念驗(yàn)證，距離商業(yè)化還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段路要走。下一步，他們計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化和完善電解液保護(hù)層材料化學(xué)成分和電池結(jié)構(gòu)，并提高電池循環(huán)壽命，從現(xiàn)在70到100個(gè)循環(huán)提高到500個(gè)循環(huán)以上的商用化標(biāo)準(zhǔn)。
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