美國華人科學(xué)家日前表示，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(fēng)險，且能量密度達(dá)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(xué)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(xué)家許康等人合作完成，論文發(fā)表在美國細(xì)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(chǔ)性突破。”楊重寅等人在給記者的一份電子郵件中說，傳統(tǒng)商用化鋰離子電池使用的是極易燃的有機電解液，安全隱患嚴(yán)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(xué)穩(wěn)定窗口一般小于2伏，一旦電極電壓超過這個數(shù)字，電解液就會失去穩(wěn)定，因此能量密度受限。
 
王春生和許康稱，他們曾于2015年發(fā)明了一種高鹽濃度的水基電解液，使得電化學(xué)穩(wěn)定窗口達(dá)到了3伏。而在最新的研究工作中，他們通過在負(fù)極表面做可自修復(fù)的保護(hù)層讓這一窗口突破了4伏。
 
科學(xué)家們解釋說，最新研究的關(guān)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(dǎo)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(hù)層材料，均勻包覆在電極表面，有效防止了水分解副反應(yīng)導(dǎo)致的電極失效。
 
更關(guān)鍵的是，他們發(fā)現(xiàn)，在最初的充放電循環(huán)中，保護(hù)層中特定組分在負(fù)極表面原位形成更為致密疏水的固體電解液界　面層，進(jìn)一步鈍化了負(fù)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(fù)，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。不過，他們也強調(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(dāng)長的一段路要走。下一步，他們計劃進(jìn)一步優(yōu)化和完善電解液保護(hù)層材料的化學(xué)成分和電池結(jié)構(gòu)，并提高電池壽命。