新型水系锂离子电池更安全、性价比更高

（图源：RPI官网）

现在，大多数手机、笔记本电脑和电动汽车，采用锂离子电池提供动力。随着充电速度越来越快，性能要求越来越高，这些电池的价格也越来越贵，而且更加易燃。据外媒报道，美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的工程师，采用水溶液电解质生产电池。比起传统有机电解质，新电池更安全、性价比更高、性能良好。

在电池内部，正极和负极两个电极浸在液体电解质中。电池充放电时，液体电解质就会传导离子。水溶液电解质因不可燃性而备受关注。而且，在制造过程中，与非水电解质不同，水溶液电解质不易受水分影响，更方便操作，成本更低。对于这种材料来说，最大的挑战在于如何保持性能。“如果你对水溶液施加太多电压，它就会电解，分解成氢和氧。”伦斯勒的机械、航空航天和核工程讲座教授Nikhil Koratkar表示，“通常情况下，这种材料的电压窗口非常有限。”

在本项研究中，Koratkar及其团队，使用一种特殊的水溶液电解质，即water-in-salt电解质，该电解质不易发生电解。同时，研究人员采用锂锰氧化物做正极，用铌钨氧化物做负极。据Koratkar介绍，铌钨氧化物是一种复杂的氧化物，以前从未发现应用于水系电池中。“事实证明，氧化铌钨的单位体积储能表现突出。从体积方面看，这是迄今为止表现最好的水系锂离子电池。”

据介绍，氧化铌钨的重量和密度相对较大，所以，基于质量的储能能力接近平均水平；由于铌钨颗粒在电极中致密堆积，基于体积的储能能力相当高。这种材料的晶体结构，为锂离子提供通道，使离子快速扩散，因此可以快速充电。

Koratkar表示，新电池充电速度快，而且单位体积储电量大，这在水系电池中很罕见。对于新兴应用来说，如便携式电子设备、电动汽车和网格存储，在有限的体积中尽可能多地存储能量，这一点至关重要。