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^使用水性電解質(zhì)代替典型的有機(jī)電解質(zhì)來組裝出性能更安全，成本效益更高的電池。

如果要看一下電池內(nèi)部，您會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電極-陽(yáng)極和陰極。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^程中對(duì)水分不敏感，從而使其更易于使用且價(jià)格更低。這種材料的最大挑戰(zhàn)是是否能保持性能。

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：“如果對(duì)水施加過多的電壓，它就會(huì)被電解，這會(huì)分解成氫和氧。” “這會(huì)成為一個(gè)問題，因?yàn)闀?huì)釋放出氣體，然后消耗掉電解質(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，航空航天和核工程學(xué)特聘的助理教授韓福東 Fudong Han)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：“事實(shí)證明，鈮鎢氧化物在單位體積的儲(chǔ)能方面非常出色。” “就體積而言，這是迄今為止我們?cè)谒凿囯x子電池中看到的最好結(jié)果。”

他解釋說，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，但是電極中鈮鎢氧化物顆粒的密集堆積使其基于體積的能量存儲(chǔ)相當(dāng)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，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。

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)于諸如便攜式電子產(chǎn)品，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。