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研究人員致力于開發現代水系電池更好、更安全、成本更低

2022-12-16 11:00:00來源：蓋世汽車閱讀量：23392

導讀：可充電水性電池具有諸多優點，如原材料豐富且成本低、無需復雜的制造環境、不可燃、制造過程簡單，并且功率高。

　　鋰離子電池具有優良的電池容量、效率和壽命，在手機和電動汽車等領域得到了廣泛應用，預計未來幾年將占據可充電電池市場的80%。然而，這類電池也存在一定的局限性，如成本較高、在極端條件下存在著火或爆炸風險。

　　據外媒報道，休斯頓大學(University of Houston)的電池專家認為，普通的水系電池(使用水基電解質)將更具競爭力。該校的Yan Yao教授表示：“研究人員的想法是開發先進的水系電池，這種電池具有更高的電壓和安全性。”

　　Yao等人回顧了可充電水系電池的發展。通過“現代水系電池設計”(Designing modern aqueous batteries)一文，重點關注過去十年間這方面的關鍵突破，并為新的研究提供了指導和方向。

　　水系電池的應用

　　現在，各領域積極推動電氣化，消費電子產品和電動汽車不斷發展，對電池的需求也越來越高?，F有商用水基電池的能量密度和持久功率低，難以滿足大規模應用的需求，如交通運輸和電網存儲。然而，研究人員強調，材料和化學創新，以及其他研究進展，為開發更先進的現代水系電池創造了新機會。

　　可充電水性電池具有諸多優點，如原材料豐富且成本低、無需復雜的制造環境、不可燃、制造過程簡單，并且功率高(決定了充電時長和百公里加速時間)。當然，這種電池也有缺點，如熱力學電化學穩定窗口窄、可能因錯誤操作導致爆炸，以及能量密度低。

　　據研究人員介紹，用創新材料制造的現代電池版本正處于商業化早期階段，這是向下一個重大電池研究突破過渡的關鍵發展。研究人員的目標是創造一種先進的水電池，可以兩全其美。Yao表示：“這種新型水基電池將提供更好的安全性和更高的電壓。”

　　突破性水系電池設計

　　設計全新改良型水系電池，以徹底改變電池市場，并非易事。為了創建理想的電池版本，需要大量新的、復雜的技術，比如混合和匹配離子選擇膜和涂層、貧水電解質，以及新型電極反應和模塊化電芯設計。

　　據研究人員介紹，其目標是擴大電化學穩定性窗口，讓電池化學在更寬的電壓范圍內工作，從而產生更多的能量，帶來新的機會。該校助理教授Yanliang "Leonard" Liang表示：“如何整合不同的組件，將對這一領域產生深遠的影響。研究人員必須混合搭配，嘗試新的組合。有時會在一個方面有所改善，但在另一個方面有所妥協。”所有的工作都是為了提出智能組合，以實現高能量和高安全性的雙重目標。

　　Liang希望借助現代工具和新發現來實現這一理想。為了做到這一點，研究人員必須不斷地尋求改進。未來的水電池不僅能提供更高的能量和安全性，而且由于所使用的材料，也會使電池處理的環境影響更少，這是激勵研究人員的動機。

　　最近，Yao和Liang成立了一家名為LiBeyond的初創公司，以擴大和進一步開發最初由休斯頓大學開發的創新電池技術。這些技術可能應用于電動汽車和其他交通領域，有助于為整個車隊提供動力，以及實現電網規模存儲。Yao表示：“在電網可靠性至關重要的情況下，例如在颶風、冬季風暴和其他緊急情況下，這將尤其重要。”

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