开发了没有爆炸风险的水基电池

科学家首次开发了一种用于家用电子产品的水性锂离子电池，例如笔记本电脑着火或爆炸的风险较低。美国陆军研究实验室实验室研究员康旭说: “过去，如果你想要高能量，你会选择非水锂离子电池，但你必须在安全性上做出妥协。”。“如果你更喜欢安全，你可以使用镍/金属氢化物等含水电池，但你必须满足于较低的能量，” 徐说。“现在，我们正在展示你可以同时获得高能量和高安全性，” 徐说。

该研究遵循了一项2015研究，该研究生产了具有水性电解质的类似3.0伏电池，但由于所谓的 “阴极挑战” 而无法实现更高的电压，其中由石墨或锂金属制成的电池的一端被水性电解质降解。为了解决这个问题并使从三伏特跃升为四伏特，研究人员设计了一种新的凝胶聚合物电解质涂层，可以应用于石墨或锂阳极。

这种疏水涂层将水分子从电极表面附近排出，然后在第一次充电时分解并形成稳定的相间-击穿产物的薄混合物，将固体阳极与液体电解质分开。该相间受非水电池内产生的层的启发，保护阳极免受使副反应衰弱的影响，从而允许电池使用所需的阳极材料，例如石墨或锂金属，并实现更好的能量密度和循环能力。

“这里的关键创新是制造合适的凝胶，可以阻止水与阳极的接触，这样水就不会分解，也可以形成合适的界面，以支持高电池性能，” 大学教授王春生说。与标准的非水性锂离子电池相比，凝胶涂层的添加还增强了新电池的安全优势，并且与任何其他提议的水性锂离子电池相比，增强了能量密度。

与非水性对应物中使用的高度易燃的有机溶剂相比，所有水性锂离子电池均受益于水性电解质的可燃性。然而，这一点的独特之处在于，即使当相间层被损坏时 (例如，如果电池外壳被刺穿)，它也会与锂或锂化石墨阳极缓慢反应，从而防止吸烟、着火，或者如果损坏的电池使金属与电解质直接接触，则可能发生爆炸。

尽管新电池的功率和能量密度适用于目前由更危险的非水电池服务的商业应用，但某些改进将使其更具竞争力。特别是，研究人员希望增加电池可以完成的全性能循环次数，并在可能的情况下减少材料费用。

“现在，我们谈论的是50-100个循环，但与有机电解质电池相比，我们希望达到500个或更多，” 王说。研究人员还指出，跳到四伏特背后的电化学操作在电池技术及其他领域具有重要意义。“这是我们第一次能够稳定真正的反应性阳极，如石墨和锂在水性介质中，” 徐说。