新型水性鋰離子電池可在不犧牲性能的情況下提高安全性

隨著為大多數電話，筆記本電腦和電動汽車供電的鋰離子電池變得越來越快且性能更高，它們也變得越來越昂貴和易燃。

在最近發表在《能源存儲材料》上的一項研究中，倫斯勒理工學院的一個工程師團隊展示了他們如何能夠通過使用水性電解質代替典型的有機電解質來組裝出性能更安全，成本效益更高的電池，并且該電池仍然性能良好。

如果要看一下電池內部，您會發現兩個電極-一個陽極和一個陰極。這些電極浸入液體電解質中，該電解質在電池充放電時傳導離子。

水性電解質由于其不易燃的性質而受到關注，并且因為與非水性電解質不同，它們在制造過程中對水分不敏感，從而使其易于使用且價格便宜。這種材料的最大挑戰是保持性能。

倫斯勒機械，航空航天和核工程專業的教授尼克希爾·科拉特卡爾(Nikhil Koratkar)說：“如果對水施加過多的電壓，水就會電解，這會分解為氫和氧。” “這是一個問題，因為這樣會釋放出氣體，消耗掉電解質。因此，通常這種材料的電壓窗口非常有限。”

在這項研究中，Koratkar和他的團隊-包括機械，航空航天和核工程專業的特聘教授Han Fudong-使用了一種特殊類型的水性電解質，稱為鹽包水電解質，這種電解質不太可能電解。

研究人員在陰極上使用了錳酸鋰鋰，在陽極上使用了氧化鈮鎢。Koratkar說，這種復合氧化物以前沒有在水性電池中進行過探索。

Koratkar說：“事實證明，鈮氧化鎢在每單位體積的儲能方面非常出色。” “從體積上講，這是迄今為止在水性鋰離子電池中所見的最好結果。”

他解釋說，鈮鎢氧化物相對較重且致密。該重量使得其基于質量的能量存儲大約是平均水平，但是鈮鎢氧化物顆粒在電極中的密集堆積使其基于體積的能量存儲非常好。這種材料的晶體結構還具有定義明確的通道(或隧道)，可以使鋰離子快速擴散，這意味著它可以快速充電。

Koratkar說，快速充電能力和每單位體積可存儲大量電荷的能力在水性電池中很少見。

以低成本和改進的安全性實現這種性能具有實際意義。對于諸如便攜式電子設備，電動汽車和電網存儲等新興應用，將最大量的能量打包成有限的體積的能力變得至關重要。