含水锂离子电池提高安全性

随着为大多数手机、笔记本电脑和电动汽车供电的锂离子电池充电速度越来越快、性能越来越高，它们也变得越来越昂贵和易燃。

一组工程师在伦斯勒理工学院展示了他们如何通过使用含水电解质而不是典型的有机电解质来组装一个更安全，成本效益高的电池，同时性能良好。

电池内部有两个电极——阳极和阴极。这些电极浸泡在一种液体电解质中，在电池充放电时导电离子。

含水电解质因其不易燃的性质而备受关注，而且与非含水电解质不同，它们在制造过程中对水分不敏感，这使得它们更容易使用，也更便宜。使用这种材料的最大挑战是保持性能。

RPI机械、航空航天和核工程的讲座教授Nikhil Koratkar说:“如果你对水施加太大的电压，它就会电解，这意味着水会分解成氢和氧。”“这是一个问题，因为这样你就会排出气体，电解质就会被消耗掉。所以通常这种材料的电压窗口非常有限。”

在这项研究中，Koratkar和他的团队——包括机械、航空航天和核工程的讲座助理教授韩福东(Fudong Han)和伦斯勒大学的博士生Aniruddha Lakhnot——使用了一种特殊类型的水电解质，称为盐包水电解质，这种电解质不太可能电解。

作为阴极，研究人员使用了锂锰氧化物，作为阳极，他们使用了铌钨氧化物——一种复杂的氧化物，科拉特卡尔说，这种氧化物以前从未在水电池中研究过。

Koratkar说:“事实证明，氧化铌钨在每单位体积的能量储存方面非常出色。”“从体积上看，这是迄今为止我们在含水锂离子电池中看到的最好的结果。”

他解释说，氧化铌钨相对较重且密度较大。这一重量使其基于质量的能量存储约为平均水平，但电极中致密的氧化铌钨颗粒使其基于体积的能量存储相当好。这种材料的晶体结构也有明确的通道或隧道，允许锂离子快速扩散，这意味着它可以快速充电。

Koratkar说，快速充电能力和单位体积储存大量电量的能力的结合在水电池中是罕见的。

以低成本和更高的安全性实现这种性能具有实际意义。对于便携式电子产品、电动汽车和电网存储等新兴应用来说，在有限的体积内储存最大能量的能力变得至关重要。

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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