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香港利用護膚霜成分制電解質 制成不易燃且安全的水系鋰離子電池
時間:2020-06-11 08:43來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：香港中文大學）
據(jù)外媒報道，中國香港中文大學（The Chinese University of Hong Kong，CUHK）工程系的一個研究小組在水系鋰離子電池中引入了一種新型電解質，進而在改善高能量電池方面取得了重要進展。此種電解質通常用于護膚霜，價格便宜、不易燃、毒性小、對環(huán)境友好，還能產(chǎn)生穩(wěn)定電壓，供日常使用。
手機、筆記本電腦，甚至電動汽車等電子設備和電子產(chǎn)品在很多方面改善了我們的日常生活，而它們都使用了鋰離子電池。由于鋰離子電池可以充電且能穩(wěn)定地輸出能量，因而成為了此類產(chǎn)品的核心。盡管經(jīng)過多年研究，鋰離子電池仍需要依賴有毒且易燃的有機電解質來發(fā)電，其具有的嚴重安全隱患仍然沒有得到解決，三星智能手機爆炸、波音飛機電池起火、電動汽車電池著火等新聞也不斷出現(xiàn)，表明了鋰離子電池的安全性還沒有得到保證。
根據(jù)之前對水系鋰離子電池的研究，該團隊將“分子聚集”（molecular crowding）引入了新型水系電解質中，取代了將鋰離子鹽作為主要穩(wěn)定劑的方法。
“分子聚集”是活體細胞中的常見現(xiàn)象，描述了當大分子（蛋白質、復合糖、多糖等）或小型親水分子（代謝物、滲透物）達到一定濃度時，溶液分子的性質會發(fā)生實質性的改變。由于環(huán)境擁擠，水溶劑的活性會因為水的氫鍵結構的變化而降低。
該團隊選擇使用聚（乙二醇）或PEG，在電解質中復制“分子聚集”現(xiàn)象。PEG是一種可溶于水的聚合物，可以輕易地與水系電池結合，也是護膚霜和個人潤滑用品的基礎，甚至可用作牙膏和食品飲料中的消泡劑。
采用此種新型穩(wěn)定劑，一個LiMn2O4陰極和一個Li4Ti5O12陽極，該團隊成功將水系電解質的穩(wěn)定窗口擴大至3.2V，并演示了此種新型電解質在300多次充放電循環(huán)中，能夠讓電池能量密度高達75至100Wh/kg，且可穩(wěn)定工作；采用凝膠涂層，就可將電池的工作電壓進一步提高至4.0V以上，水系鋰離子電池中常見的副作用（氫/氧演化反應）幾乎都被消除。研究人員還進行了可燃性試驗，驗證了該款新型電解質的防火性能，顯著提高了鋰離子電池的安全性。
研究人員表示：“此種電解質可以使用很多水系電解質無法使用的電極材料。更重要的是，這一研究發(fā)現(xiàn)為設計電壓窗口更大、穩(wěn)定性更高的水系電解質提供了新平臺，可實現(xiàn)安全、低成本且環(huán)保的儲能設備。”
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