新型水鋰電技術(shù)突破電池極限

    鋰電世界  最新一期《自然》雜志子刊《科學(xué)報(bào)道》，刊發(fā)了復(fù)旦大學(xué)吳宇平教授課題組關(guān)于水溶液鋰電池體系的最新研究成果。這一新的成果將滿(mǎn)足人們對(duì)鋰電池的所有要求，也為電動(dòng)汽車(chē)等交通工具走進(jìn)人們的生活解決了瓶頸問(wèn)題。

    鋰電池如今已成為人們生活中的必需品，從手機(jī)、電腦到大型機(jī)械設(shè)備、新能源汽車(chē)，都由鋰電池驅(qū)動(dòng)。普通百姓對(duì)于鋰電池的要求無(wú)非是更安全電池在任何情況下都不爆炸；更耐用電池使用時(shí)能支撐的時(shí)間久一些，壽命更長(zhǎng)一點(diǎn)；更方便通過(guò)風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能發(fā)出來(lái)的電可以高效率儲(chǔ)存起來(lái)，在天黑時(shí)或沒(méi)風(fēng)沒(méi)電時(shí)用。這些都是全世界電池研究者追尋的目標(biāo)。

    吳宇平課題組采用復(fù)合膜將金屬鋰進(jìn)行包覆，而后將其置于pH值呈中性的水溶液中，與鋰離子電池中傳統(tǒng)的正極材料如尖晶石錳酸鋰組裝，制成了平均充電電壓為4.2V、放電電壓為4.0V的新型水鋰電。這一成果大大突破了水溶液的理論分解電壓1.23V。吳教授課題組發(fā)明的新型水溶液可充鋰電池（簡(jiǎn)稱(chēng)為“水鋰電”），其能量密度（即同樣大小、質(zhì)量的情況下，每單位儲(chǔ)存電能的多少）比采用有機(jī)電解質(zhì)的動(dòng)力鋰離子電池高80%。

    據(jù)吳宇平教授介紹，水鋰電是當(dāng)今鋰電池研發(fā)的前沿和方向之一，它是用普通的水溶液來(lái)替換傳統(tǒng)鋰電池中的有機(jī)電解質(zhì)溶液。傳統(tǒng)的鋰離子電池盡管具有諸多優(yōu)點(diǎn)，并且在民眾生活中應(yīng)用廣泛，但在大型的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，用傳統(tǒng)方法制造的鋰電池成本高，對(duì)生產(chǎn)條件要求高，并且由于有機(jī)電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，存在較大的安全隱患。而水溶液由于安全性能高，不會(huì)起火，離子導(dǎo)電率高，且成本也低，水鋰電已經(jīng)成為下一代大型儲(chǔ)能電池發(fā)展的優(yōu)選方向。

    據(jù)悉，鋰電池的主要工作原理是依靠鋰離子在正負(fù)電極之間的遷移而產(chǎn)生電流的，這種遷移在溶液中進(jìn)行，常常會(huì)使電池自身發(fā)生損耗。吳宇平教授則換了另外一種思路，用高分子材料和無(wú)機(jī)材料制成復(fù)合膜，包裹在金屬鋰外。而這層復(fù)合膜成為了鋰離子的電位在正負(fù)極之間“時(shí)空穿越”的“隨意門(mén)”和“時(shí)光機(jī)”吳宇平教授解釋稱(chēng)：“你可以把他想象成鋰離子的電位經(jīng)過(guò)膜，一下就到了負(fù)極，然后又直接從負(fù)極回到正極，就好像科幻片中，人跨過(guò)時(shí)光門(mén)可以直接在地球和外太空之間往返。”因此，吳教授也把這一新發(fā)現(xiàn)稱(chēng)作“電位穿越”。預(yù)計(jì)裝備這一新型水鋰電的電動(dòng)汽車(chē)的行駛距離有望達(dá)到400公里，而現(xiàn)在市面上售賣(mài)的電動(dòng)車(chē)出行距離為150-180公里。