隨著為大多數(shù)電話，筆記本電腦和電動(dòng)汽車供電的鋰離子電池變得越來(lái)越快且性能更高，它們也變得越來(lái)越昂貴和易燃。

在最近發(fā)表在《能源存儲(chǔ)材料》上的一項(xiàng)研究中，倫斯勒理工學(xué)院的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)展示了他們?nèi)绾文軌蛲ㄟ^(guò)使用水性電解質(zhì)代替典型的有機(jī)電解質(zhì)來(lái)組裝出性能更安全，成本效益更高的電池，并且該電池仍然性能良好。

如果要看一下電池內(nèi)部，您會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電極-一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)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(shí)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?yàn)榕c非水性電解質(zhì)不同，它們?cè)谥圃爝^(guò)程中對(duì)水分不敏感，從而使其易于使用且價(jià)格便宜。這種材料的最大挑戰(zhàn)是保持性能。

倫斯勒機(jī)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(shuō)：“如果對(duì)水施加過(guò)多的電壓，水就會(huì)電解，這會(huì)分解為氫和氧。” “這是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@樣會(huì)釋放出氣體，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(xiàng)研究中，Koratkar和他的團(tuán)隊(duì)-包括機(jī)械，航空航天和核工程專業(yè)的特聘教授Han Fudong-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(yáng)極上使用了氧化鈮鎢。Koratkar說(shuō)，這種復(fù)合氧化物以前沒(méi)有在水性電池中進(jìn)行過(guò)探索。

Koratkar說(shuō)：“事實(shí)證明，鈮氧化鎢在每單位體積的儲(chǔ)能方面非常出色。” “從體積上講，這是迄今為止在水性鋰離子電池中所見(jiàn)的最好結(jié)果。”

他解釋說(shuō)，鈮鎢氧化物相對(duì)較重且致密。該重量使得其基于質(zhì)量的能量存儲(chǔ)大約是平均水平，但是鈮鎢氧化物顆粒在電極中的密集堆積使其基于體積的能量存儲(chǔ)非常好。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(kuò)散，這意味著它可以快速充電。

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

以低成本和改進(jìn)的安全性實(shí)現(xiàn)這種性能具有實(shí)際意義。對(duì)于諸如便攜式電子設(shè)備，電動(dòng)汽車和電網(wǎng)存儲(chǔ)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。