水溶液锂离子电池技术获突破

如今，锂离子电池充电越来越快且性能也越来越高，但也越来越昂贵且越来越易燃。

在最近发表在《能源存储材料》上的一项研究中，伦斯勒理工大学的一个工程师团队展示了他们如何能够通过使用水性电解质代替典型的有机电解质来组装出性能更安全，成本更低的电池，而且电池性能仍然良好。

水性电解质具有不易燃的性质，并且因为与非水性电解质不同，它们在制造过程中对水分不敏感，从而使其易于使用且价格便宜。水性电解质面临最大的挑战是如何保持性能。

伦斯勒机械，航空航天和核工程专业的教授尼克希尔·科拉特卡尔说：“如果对水施加过多的电压，水就会被电解，分解出氢和氧。这是一个问题，如果你选择排气，就会消耗掉电解液。因此，通常这种材料的电压窗口非常有限。”

图片来源：伦斯勒理工大学

在这项研究中，科拉特卡尔和他的团队使用了一种特殊类型的水电解质，即盐中水电解质，这种电解质不太可能被电解。

对于阴极，研究人员使用了锰酸锂，对于阳极，他们使用了氧化铌钨。科拉特卡尔教授表示，这种复合氧化物以前从没有在水溶液锂离子电池中出现过。

科拉特卡尔说：“事实证明，氧化铌钨在单位体积的储能方面非常出色。就体积而言，这是迄今为止我们在水溶液锂离子电池中看到的最好结果。”

他解释说，氧化铌钨相对较重且致密。该重量使氧化铌钨基于质量的储能能力接近平均水平，而电极中铌钨颗粒的致密堆积使氧化铌钨基于体积的储能能力相当好。这种材料的晶体结构还具有明确的通道，可让锂离子快速扩散，意味着可以快速充电。

科拉特卡尔说，快速充电能力和每单位体积可存储大量电荷的能力在水溶液锂离子电池中很少见。

对于新兴的应用来说，如便携式电子设备、电动汽车和棚极存储，在有限的容量中储存最大能量的能力变得至关重要，这样一种更安全更便宜且性能好的电池对锂电应用有着实际的现实意义。
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