美國華人科學家6日說，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險，且能量密度達到傳統(tǒng)鋰離子電池水平，朝著安全鋰離子電池實用化方向邁出一大步。
這項工作由美國馬里蘭大學的王春生教授、楊重寅博士以及美國陸軍研究實驗室資深化學家許康等人合作完成，論文發(fā)表在美國細胞出版社旗下《焦耳》雜志上。
“這是第一次實現(xiàn)水基電解液的4伏級電池，從原理上說是很重大的基礎性突破。”楊重寅等人在給記者的一份電子郵件中說。他們解釋說，傳統(tǒng)商用化鋰離子電池使用極易燃的有機電解液，安全隱患嚴重。而用不可燃的水基電解液替換有機電解液的問題在于，前者電化學穩(wěn)定窗口一般小于2伏，一旦電極電壓超過這個數(shù)字，電解液就失去穩(wěn)定，因此能量密度受限。
他們解釋說，最新研究的關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層材料，均勻包覆在電極表面，有效防止了水分解副反應導致的電極失效。
更關鍵的是，他們發(fā)現(xiàn)，在最初的充放電循環(huán)中，保護層中特定組分在負極表面原位形成更為致密疏水的固體電解液界面層，進一步鈍化了負極表面，并且這一固體界面層可在局部破損情況下自我修復，保證了電池的長期穩(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。從基礎科學意義上看，“穩(wěn)定的4伏水基電解液可以給各種電化學裝置帶來許多新機會”。同時，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，進一步降低了電池組件重量。
他們強調(diào)，目前的研究還只是實驗室中的概念驗證，距離商業(yè)化還有相當長的一段路要走。下一步，他們計劃進一步優(yōu)化和完善電解液保護層材料化學成分和電池結構，并提高電池循環(huán)壽命，從現(xiàn)在70到100個循環(huán)提高到500個循環(huán)以上的商用化標準。
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