美國華人科學(xué)家日前表示，他們研制出一種基于水基電解液的新型鋰離子電池，不僅消除了傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險，且能量密度達到傳統(tǒng)鋰離子電池水平，朝著安全鋰離子電池實用化方向邁出一大步。

這項工作由美國馬里蘭大學(xué)的王春生教授、楊重寅博士以及美國陸軍研究實驗室資深化學(xué)家許康等人合作完成，論文發(fā)表在美國細胞出版社旗下《焦耳》雜志上。

“這是第一次實現(xiàn)水基電解液的4伏級電池，從原理上說是很重大的基礎(chǔ)性突破?！睏钪匾热嗽诮o記者的一份電子郵件中說，傳統(tǒng)商用化鋰離子電池使用的是極易燃的有機電解液，安全隱患嚴重。而用不可燃的水基電解液替換有機電解液的問題在于，前者電化學(xué)穩(wěn)定窗口一般小于2伏，一旦電極電壓超過這個數(shù)字，電解液就會失去穩(wěn)定，因此能量密度受限。

王春生和許康稱，他們曾于2015年發(fā)明了一種高鹽濃度的水基電解液，使得電化學(xué)穩(wěn)定窗口達到了3伏。而在最新的研究工作中，他們通過在負極表面做可自修復(fù)的保護層讓這一窗口突破了4伏。

科學(xué)家們解釋說，最新研究的關(guān)鍵在于，防止鋰金屬或石墨電極直接接觸水基電解液中的水分子而導(dǎo)致還原產(chǎn)氫。為此，他們開發(fā)出一種非常疏水的膠體保護層材料，均勻包覆在電極表面，有效防止了水分解副反應(yīng)導(dǎo)致的電極失效。

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更關(guān)鍵的是，他們發(fā)現(xiàn)，在最初的充放電循環(huán)中，保護層中特定組分在負極表面原位形成更為致密疏水的固體電解液界面層，進一步鈍化了負極表面，并且這一固體界面層可在局部破損情況下自我修復(fù)，保證了電池的長期穩(wěn)定性。

王春生和許康等人指出，該研究成果為研發(fā)高電壓窗口的安全水基鋰離子電池供應(yīng)了新方向和思路。不過，他們也強調(diào)，目前的研究還只是實驗室中的概念驗證，距離商業(yè)化還有相當(dāng)長的一段路要走。下一步，他們計劃進一步優(yōu)化和完善電解液保護層材料的化學(xué)成分和電池結(jié)構(gòu)，并提高電池壽命。