作者:盛夏 来源:中国科学报 发布时间:2017-9-14
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不会爆炸的水基锂离子电池

 

水基锂离子电池 图片来源:材料人网

美国陆军研究实验室(ARL)和马里兰大学的研究人员首次开发出使用水盐溶液作为电解质的锂离子电池,可以达到家用电子设备(如笔记本电脑)所需的4.0伏特,而且不具有某些市售的非水溶液锂离子电池所具有的起火和爆炸危险。

据一位专攻电化学和材料科学的ARL研究员称,这种技术将为士兵提供一种完全安全和灵活的锂离子电池,具有与SOA锂离子电池相同的能量密度。即使是在严重的机械滥用情况下,该电池仍然没有起火和爆炸的危险。

马里兰大学的研究人员设计了一种可涂覆在石墨或锂阳极上的新型凝胶聚合物电解质涂层。这种疏水涂层在电极表面附近排除水分子,然后在第一次充电时分解并形成稳定的界面,这个界面其实就是分解产物形成的薄层,可以将固体阳极与液体电解质分隔开,保护阳极免受副作用的腐蚀,从而允许电池使用所需的阳极材料,例如石墨或金属锂,并获得更好的能量密度和循环能力。

“这里的关键创新点是制造出一种合适的凝胶,能够锁住与阳极接触的水,使水不分解,并且可以形成一层界面,以保证电池的性能。”马里兰大学A.James Clark工程学院化学和生物分子工程系教授王春生表示,与标准的非水性锂离子电池相比,添加凝胶涂层也可以提高新电池的安全优势,并且与任何其他已有的含水锂离子电池相比,能量密度更高。所有含水锂离子电池都受益于水性电解质的易燃性,而非水性电解液中使用的有机溶剂更是高度易燃。然而,不同的是,即使界面层被损坏(例如,电池外壳被刺穿),它与锂或锂化石墨阳极的反应也很缓慢,从而可以防止当金属与电解液直接接触时起烟、起火甚至爆炸。

虽然这种新电池的功率和能量密度目前仅适用于由更危险的非水电池供电的商业应用,但某些改进将使其更具竞争力。特别是,研究人员希望增加电池可以完成的全部性能循环次数,并尽量减少材料费用。另外,界面化学在实现商业化之前仍需要进一步完善,而且需要做更多的工作来扩大大型电池的测试技术。在资金充足的条件下,4.0伏特的化学物质可在约五年内实现商业化。(盛夏)

《中国科学报》 (2017-09-14 第6版 前沿)
 
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