據(jù)外媒報(bào)道，中國(guó)香港中文大學(xué)（The Chinese University of Hong Kong，CUHK）工程系的一個(gè)研究小組在水系鋰離子電池中引入了一種新型電解質(zhì)，進(jìn)而在改善高能量電池方面取得了重要進(jìn)展。此種電解質(zhì)通常用于護(hù)膚霜，價(jià)格便宜、不易燃、毒性小、對(duì)環(huán)境友好，還能產(chǎn)生穩(wěn)定電壓，供日常使用。
（圖片來(lái)源：香港中文大學(xué)）
手機(jī)、筆記本電腦，甚至電動(dòng)汽車等電子設(shè)備和電子產(chǎn)品在很多方面改善了我們的日常生活，而它們都使用了鋰離子電池。由于鋰離子電池可以充電且能穩(wěn)定地輸出能量，因而成為了此類產(chǎn)品的核心。盡管經(jīng)過(guò)多年研究，鋰離子電池仍需要依賴有毒且易燃的有機(jī)電解質(zhì)來(lái)發(fā)電，其具有的嚴(yán)重安全隱患仍然沒(méi)有得到解決，三星智能手機(jī)爆炸、波音飛機(jī)電池起火、電動(dòng)汽車電池著火等新聞也不斷出現(xiàn)，表明了鋰離子電池的安全性還沒(méi)有得到保證。
根據(jù)之前對(duì)水系鋰離子電池的研究，該團(tuán)隊(duì)將“分子聚集”（molecular crowding）引入了新型水系電解質(zhì)中，取代了將鋰離子鹽作為主要穩(wěn)定劑的方法。
“分子聚集”是活體細(xì)胞中的常見(jiàn)現(xiàn)象，描述了當(dāng)大分子（蛋白質(zhì)、復(fù)合糖、多糖等）或小型親水分子（代謝物、滲透物）達(dá)到一定濃度時(shí)，溶液分子的性質(zhì)會(huì)發(fā)生實(shí)質(zhì)性的改變。由于環(huán)境擁擠，水溶劑的活性會(huì)因?yàn)樗臍滏I結(jié)構(gòu)的變化而降低。
該團(tuán)隊(duì)選擇使用聚（乙二醇）或PEG，在電解質(zhì)中復(fù)制“分子聚集”現(xiàn)象。PEG是一種可溶于水的聚合物，可以輕易地與水系電池結(jié)合，也是護(hù)膚霜和個(gè)人潤(rùn)滑用品的基礎(chǔ)，甚至可用作牙膏和食品飲料中的消泡劑。
采用此種新型穩(wěn)定劑，一個(gè)LiMn2O4陰極和一個(gè)Li4Ti5O12陽(yáng)極，該團(tuán)隊(duì)成功將水系電解質(zhì)的穩(wěn)定窗口擴(kuò)大至3.2V，并演示了此種新型電解質(zhì)在300多次充放電循環(huán)中，能夠讓電池能量密度高達(dá)75至100Wh/kg，且可穩(wěn)定工作；采用凝膠涂層，就可將電池的工作電壓進(jìn)一步提高至4.0V以上，水系鋰離子電池中常見(jiàn)的副作用（氫/氧演化反應(yīng)）幾乎都被消除。研究人員還進(jìn)行了可燃性試驗(yàn)，驗(yàn)證了該款新型電解質(zhì)的防火性能，顯著提高了鋰離子電池的安全性。
研究人員表示：“此種電解質(zhì)可以使用很多水系電解質(zhì)無(wú)法使用的電極材料。更重要的是，這一研究發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)電壓窗口更大、穩(wěn)定性更高的水系電解質(zhì)提供了新平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)安全、低成本且環(huán)保的儲(chǔ)能設(shè)備。”
