鋰離子電池具有優(yōu)良的電池容量、效率和壽命，在手機和電動汽車等領(lǐng)域得到了廣泛應用，預計未來幾年將占據(jù)可充電電池市場的80%。然而，這類電池也存在一定的局限性，如成本較高、在極端條件下存在著火或爆炸風險。
（圖片來源：休斯頓大學）
據(jù)外媒報道，休斯頓大學（University of Houston）的電池專家認為，普通的水系電池（使用水基電解質(zhì)）將更具競爭力。該校的Yan Yao教授表示：“研究人員的想法是開發(fā)先進的水系電池，這種電池具有更高的電壓和安全性?！?/FONT>
Yao等人回顧了可充電水系電池的發(fā)展。通過“現(xiàn)代水系電池設(shè)計”（Designing modern aqueous batteries）一文，重點關(guān)注過去十年間這方面的關(guān)鍵突破，并為新的研究提供了指導和方向。
水系電池的應用
現(xiàn)在，各領(lǐng)域積極推動電氣化，消費電子產(chǎn)品和電動汽車不斷發(fā)展，對電池的需求也越來越高?，F(xiàn)有商用水基電池的能量密度和持久功率低，難以滿足大規(guī)模應用的需求，如交通運輸和電網(wǎng)存儲。然而，研究人員強調(diào)，材料和化學創(chuàng)新，以及其他研究進展，為開發(fā)更先進的現(xiàn)代水系電池創(chuàng)造了新機會。
可充電水性電池具有諸多優(yōu)點，如原材料豐富且成本低、無需復雜的制造環(huán)境、不可燃、制造過程簡單，并且功率高（決定了充電時長和百公里加速時間）。當然，這種電池也有缺點，如熱力學電化學穩(wěn)定窗口窄、可能因錯誤操作導致爆炸，以及能量密度低。
據(jù)研究人員介紹，用創(chuàng)新材料制造的現(xiàn)代電池版本正處于商業(yè)化早期階段，這是向下一個重大電池研究突破過渡的關(guān)鍵發(fā)展。研究人員的目標是創(chuàng)造一種先進的水電池，可以兩全其美。Yao表示：“這種新型水基電池將提供更好的安全性和更高的電壓?！?/FONT>
突破性水系電池設(shè)計
設(shè)計全新改良型水系電池，以徹底改變電池市場，并非易事。為了創(chuàng)建理想的電池版本，需要大量新的、復雜的技術(shù)，比如混合和匹配離子選擇膜和涂層、貧水電解質(zhì)，以及新型電極反應和模塊化電芯設(shè)計。
據(jù)研究人員介紹，其目標是擴大電化學穩(wěn)定性窗口，讓電池化學在更寬的電壓范圍內(nèi)工作，從而產(chǎn)生更多的能量，帶來新的機會。該校助理教授Yanliang "Leonard" Liang表示：“如何整合不同的組件，將對這一領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。研究人員必須混合搭配，嘗試新的組合。有時會在一個方面有所改善，但在另一個方面有所妥協(xié)?！彼械墓ぷ鞫际菫榱颂岢鲋悄芙M合，以實現(xiàn)高能量和高安全性的雙重目標。
Liang希望借助現(xiàn)代工具和新發(fā)現(xiàn)來實現(xiàn)這一理想。為了做到這一點，研究人員必須不斷地尋求改進。未來的水電池不僅能提供更高的能量和安全性，而且由于所使用的材料，也會使電池處理的環(huán)境影響更少，這是激勵研究人員的絕佳動機。
最近，Yao和Liang成立了一家名為LiBeyond的初創(chuàng)公司，以擴大和進一步開發(fā)最初由休斯頓大學開發(fā)的創(chuàng)新電池技術(shù)。這些技術(shù)可能應用于電動汽車和其他交通領(lǐng)域，有助于為整個車隊提供動力，以及實現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)模存儲。Yao表示：“在電網(wǎng)可靠性至關(guān)重要的情況下，例如在颶風、冬季風暴和其他緊急情況下，這將尤其重要。”
（轉(zhuǎn)載）
