研究人员致力于开发现代水系电池 更好、更安全、成本更低

锂离子电池具有优良的电池容量、效率和寿命，在手机和电动汽车等领域得到了广泛应用，预计未来几年将占据可充电电池市场的80%。然而，这类电池也存在一定的局限性，如成本较高、在极端条件下存在着火或爆炸风险。

（图片来源：休斯顿大学）

据外媒报道，休斯顿大学（University of Houston）的电池专家认为，普通的水系电池（使用水基电解质）将更具竞争力。该校的Yan Yao教授表示：“研究人员的想法是开发先进的水系电池，这种电池具有更高的电压和安全性。”

(资料图片仅供参考)

Yao等人回顾了可充电水系电池的发展。通过“现代水系电池设计”（Designing modern aqueous batteries）一文，重点关注过去十年间这方面的关键突破，并为新的研究提供了指导和方向。

水系电池的应用

现在，各领域积极推动电气化，消费电子产品和电动汽车不断发展，对电池的需求也越来越高。现有商用水基电池的能量密度和持久功率低，难以满足大规模应用的需求，如交通运输和电网存储。然而，研究人员强调，材料和化学创新，以及其他研究进展，为开发更先进的现代水系电池创造了新机会。

可充电水性电池具有诸多优点，如原材料丰富且成本低、无需复杂的制造环境、不可燃、制造过程简单，并且功率高（决定了充电时长和百公里加速时间）。当然，这种电池也有缺点，如热力学电化学稳定窗口窄、可能因错误操作导致爆炸，以及能量密度低。

据研究人员介绍，用创新材料制造的现代电池版本正处于商业化早期阶段，这是向下一个重大电池研究突破过渡的关键发展。研究人员的目标是创造一种先进的水电池，可以两全其美。Yao表示：“这种新型水基电池将提供更好的安全性和更高的电压。”

突破性水系电池设计

设计全新改良型水系电池，以彻底改变电池市场，并非易事。为了创建理想的电池版本，需要大量新的、复杂的技术，比如混合和匹配离子选择膜和涂层、贫水电解质，以及新型电极反应和模块化电芯设计。

据研究人员介绍，其目标是扩大电化学稳定性窗口，让电池化学在更宽的电压范围内工作，从而产生更多的能量，带来新的机会。该校助理教授Yanliang "Leonard" Liang表示：“如何整合不同的组件，将对这一领域产生深远的影响。研究人员必须混合搭配，尝试新的组合。有时会在一个方面有所改善，但在另一个方面有所妥协。”所有的工作都是为了提出智能组合，以实现高能量和高安全性的双重目标。

Liang希望借助现代工具和新发现来实现这一理想。为了做到这一点，研究人员必须不断地寻求改进。未来的水电池不仅能提供更高的能量和安全性，而且由于所使用的材料，也会使电池处理的环境影响更少，这是激励研究人员的绝佳动机。

最近，Yao和Liang成立了一家名为LiBeyond的初创公司，以扩大和进一步开发最初由休斯顿大学开发的创新电池技术。这些技术可能应用于电动汽车和其他交通领域，有助于为整个车队提供动力，以及实现电网规模存储。Yao表示：“在电网可靠性至关重要的情况下，例如在飓风、冬季风暴和其他紧急情况下，这将尤其重要。”