馬里蘭大學(xué)和美國陸軍研究實驗室的研究人員首次開發(fā)了一種使用水鹽溶液作為電解質(zhì)的鋰離子電池，達到家用電子設(shè)備（例如筆記本電腦）所需的4.0伏特標準，而沒有與一些市售的非水鋰離子電池相關(guān)的火災(zāi)和爆炸危險。他們的工作出現(xiàn)在9月6日在焦耳。

“過去，如果你想要高能量的話，你會選擇一種非水電鋰離子電池，但是你必須在安全方面妥協(xié)，如果你喜歡安全的話，你可以使用鎳氫/金屬氫化物等水性電池，但是你必須為更低的能源定居。”聯(lián)合資深作者康旭說，美國陸軍研究實驗室的研究員，專門從事電化學(xué)和材料科學(xué)。“現(xiàn)在，我們正在表明，您可以同時獲得高能耗和高安全性。”

研究是在科學(xué)研究的2015年研究之后，產(chǎn)生了一種類似3.0伏的電解質(zhì)電解質(zhì)，但是通過所謂的“陰極挑戰(zhàn)”阻止了更高的電壓，其中電池的一端由石墨或鋰制成金屬，被水性電解質(zhì)降解。為了解決這個問題，從三伏飛躍到四伏，馬里蘭州大學(xué)助理研究科學(xué)家楊楊楊第一作者設(shè)計了一種可應(yīng)用于石墨或鋰陽極的新型凝膠聚合物電解質(zhì)涂層。

該疏水涂層從電極表面附近排出水分子，然后在第一次充電時，分解并形成穩(wěn)定的相間分離固體陽極與液體電解質(zhì)的分解產(chǎn)物的薄混合物。這種由非水電池中產(chǎn)生的層引發(fā)的相間隔保護了陽極免于副反應(yīng)的衰弱，從而允許電池使用所需的陽極材料，例如石墨或鋰金屬，并獲得更好的能量密度和循環(huán)能力。

聯(lián)合資深作者王春生教授說：“這里的關(guān)鍵創(chuàng)新就在于制造出能夠阻止與陽極接觸的水，使水不分解，也可形成正確的界面，以支持高電池性能。”馬里蘭大學(xué)的A.JamesClark工程學(xué)院的化學(xué)與生物分子工程。

與標準非水性鋰離子電池相比，添加凝膠涂層也可提高新電池的安全優(yōu)勢，并且與任何其他提出的水溶性鋰離子電池相比，提高了能量密度。所有含水鋰離子電池都受益于水性電解質(zhì)的易燃性，而非水性電解質(zhì)中使用的高度易燃的有機溶劑。然而，獨特的是，即使相間層損壞（例如，如果電池外殼被刺穿），它也會與鋰或鋰化石墨陽極反應(yīng)緩慢，從而防止其他情況下的吸煙，火災(zāi)或爆炸如果損壞的電池使金屬與電解液直接接觸

雖然新電池的功率和能量密度適用于目前由更危險的非水電池服務(wù)的商業(yè)應(yīng)用，但某些改進將使其更具競爭力。特別是，研究人員希望增加電池可以完成的全部性能循環(huán)次數(shù)，并盡可能減少材料費用。王先生說：“現(xiàn)在我們談?wù)摰氖?0-100個周期，但是與有機電解質(zhì)電池相比，我們想要達到500個以上。”

研究人員還注意到跳躍到四伏特之后的電化學(xué)操作在電池技術(shù)之外也是重要的。徐先生說：“這是我們第一次能夠在水性介質(zhì)中穩(wěn)定真正的反應(yīng)性陽極，如石墨和鋰。”這開啟了電化學(xué)領(lǐng)域的許多不同話題的廣泛窗口，包括鈉離子電池，鋰硫電池，涉及鋅和鎂的多種離子化學(xué)物質(zhì)，甚至電鍍和電化學(xué)合成；我們還沒有充分探索它們。