新型水性锂离子电池可在不牺牲性能的情况下提高安全性

随着为大多数电话，笔记本电脑和电动汽车供电的锂离子电池变得越来越快且性能更高，它们也变得越来越昂贵和易燃。

在最近发表在《能源存储材料》上的一项研究中，伦斯勒理工学院的一个工程师团队展示了他们如何能够通过使用水性电解质代替典型的有机电解质来组装出性能更安全，成本效益更高的电池，并且该电池仍然性能良好。

如果要看一下电池内部，您会发现两个电极-一个阳极和一个阴极。这些电极浸入液体电解质中，该电解质在电池充放电时传导离子。

水性电解质由于其不易燃的性质而受到关注，并且因为与非水性电解质不同，它们在制造过程中对水分不敏感，从而使其易于使用且价格便宜。这种材料的最大挑战是保持性能。

伦斯勒机械，航空航天和核工程专业的教授尼克希尔·科拉特卡尔(Nikhil Koratkar)说：“如果对水施加过多的电压，水就会电解，这会分解为氢和氧。” “这是一个问题，因为这样会释放出气体，消耗掉电解质。因此，通常这种材料的电压窗口非常有限。”

在这项研究中，Koratkar和他的团队-包括机械，航空航天和核工程专业的特聘教授Han Fudong-使用了一种特殊类型的水性电解质，称为盐包水电解质，这种电解质不太可能电解。

研究人员在阴极上使用了锰酸锂锂，在阳极上使用了氧化铌钨。Koratkar说，这种复合氧化物以前没有在水性电池中进行过探索。

Koratkar说：“事实证明，铌氧化钨在每单位体积的储能方面非常出色。” “从体积上讲，这是迄今为止在水性锂离子电池中所见的最好结果。”

他解释说，铌钨氧化物相对较重且致密。该重量使得其基于质量的能量存储大约是平均水平，但是铌钨氧化物颗粒在电极中的密集堆积使其基于体积的能量存储非常好。这种材料的晶体结构还具有定义明确的通道(或隧道)，可以使锂离子快速扩散，这意味着它可以快速充电。

Koratkar说，快速充电能力和每单位体积可存储大量电荷的能力在水性电池中很少见。

以低成本和改进的安全性实现这种性能具有实际意义。对于诸如便携式电子设备，电动汽车和电网存储等新兴应用，将最大量的能量打包成有限的体积的能力变得至关重要。