在最近發(fā)表在《能源存儲材料》上的一項研究中，倫斯勒理工學(xué)院的一個工程師團隊展示了他們?nèi)绾文軌蛲ㄟ^使用水性電解質(zhì)代替典型的有機電解質(zhì)來組裝出性能更安全，成本效益更高的電池。

如果要看一下電池內(nèi)部，您會發(fā)現(xiàn)兩個電極-陽極和陰極。這些電極浸入液體電解質(zhì)中，該電解質(zhì)在電池充放電時傳導(dǎo)離子。

水性電解質(zhì)由于其不易燃的性質(zhì)而受到關(guān)注，并且因為與非水性電解質(zhì)不同，它們在制造過程中對水分不敏感，從而使其更易于使用且價格更低。這種材料的最大挑戰(zhàn)是是否能保持性能。

倫斯勒機械、航空航天和核工程專業(yè)的教授尼克希爾·科拉特卡爾(Nikhil Koratkar)說：“如果對水施加過多的電壓，它就會被電解，這會分解成氫和氧。” “這會成為一個問題，因為會釋放出氣體，然后消耗掉電解質(zhì)。因此，通常這種材料的電壓窗口非常有限。”

在這項研究中，Koratkar和他的團隊(包括機械，航空航天和核工程學(xué)特聘的助理教授韓福東 Fudong Han)使用了一種特殊類型的水性電解質(zhì)，稱為鹽包水電解質(zhì)，這種電解質(zhì)不太可能電解。

研究人員在陰極上使用了錳酸鋰鋰，在陽極上使用了氧化鈮鎢。

Koratkar說：“事實證明，鈮鎢氧化物在單位體積的儲能方面非常出色。” “就體積而言，這是迄今為止我們在水性鋰離子電池中看到的最好結(jié)果。”

他解釋說，鈮鎢氧化物相對較重且致密。該重量使得其基于質(zhì)量的能量存儲大約是平均水平，但是電極中鈮鎢氧化物顆粒的密集堆積使其基于體積的能量存儲相當(dāng)好。這種材料的晶體結(jié)構(gòu)還具有定義明確的通道(或隧道)，可以使鋰離子快速擴散，這意味著它可以快速充電。

Koratkar說，快速充電能力和每單位體積可存儲大量電荷的能力在水性電池中很少見。

以低成本和改進(jìn)的安全性實現(xiàn)這種性能具有實際意義。對于諸如便攜式電子產(chǎn)品，電動汽車和電網(wǎng)存儲等新興應(yīng)用，將最大量的能量打包成有限的體積的能力變得至關(guān)重要。