什么是水性锂离子电池，水性锂离子电池研究

什么是水性锂离子电池，水性锂离子电池研究。马里兰大学和美国陆军研究实验室的研究人员首次开发了一种使用水盐溶液作为电解质的锂离子电池，达到家用电子设备(例如笔记本电脑)所需的4.0伏特标准，而且没有与一些市售的非水性锂离子电池相关的火灾和爆炸危险。他们的工作出现在9月6日在焦耳。

“过去，如果你想要高能量的话，你会选择一种非水电锂离子电池，但是你必须在安全方面妥协，你可以使用镍氢/金属氢化物等水性电池，但是你必须为更低的能源定居。”联合资深作者康旭说，美国陆军研究实验室的研究员，专门从事电化学和材料科学。“现在，我们正在表明，您可以同时获得高能耗和高安全性。”

研究是在科学研究的2015年研究之后，产生了一种类似3.0伏的电解质电解质，但是通过所谓的“阴极挑战”阻止了更高的电压，其中电池的一端由石墨或锂制成金属，被水性电解质降解。为了解决这个问题，从三伏飞跃到四伏，马里兰州大学助理研究科学家杨杨杨第一作者设计了一种可应用于石墨或锂阳极的新型凝胶聚合物电解质涂层。

该疏水涂层从电极表面附近排出水分子，然后在第一次充电时，分解并形成稳定的相间分离固体阳极与液体电解质的分解产物的薄混合物。这种由非水电池中产生的层引发的相间隔保护了阳极免于副反应的衰弱，从而允许电池使用所需的阳极材料，例如石墨或锂金属，并获得更好的能量密度和循环能力。

联合资深作者王春生教授说：“这里的关键创新就在于制造出能够阻止与阳极接触的水，使水不分解，也可形成正确的界面，以支持高电池性能。”马里兰大学的A.JamesClark工程学院的化学与生物分子工程。

与标准非水性锂离子电池相比，添加凝胶涂层也可提高新电池的安全优势，并且与任何其他提出的水溶性锂离子电池相比，提高了能量密度。所有含水锂离子电池都受益于水性电解质的易燃性，而非水性电解质中使用的高度易燃的有机溶剂。然而，独特的是，即使相间层损坏(例如，如果电池外壳被刺穿)，它也会与锂或锂化石墨阳极反应缓慢，从而防止其他情况下的吸烟，火灾或爆炸如果损坏的电池使金属与电解液直接接触。

虽然新电池的功率和能量密度适用于目前由更危险的非水电池服务的商业应用，但某些改进将使其更具竞争力。特别是，研究人员希望增加电池可以完成的全部性能循环次数，并尽可能减少材料费用。王先生说：“现在我们谈论的是50-100个周期，但是与有机电解质电池相比，我们想要达到500个以上。”

研究人员还注意到跳跃到四伏特之后的电化学操作在电池技术之外也是重要的。徐先生说：“这是我们第一次能够在水性介质中稳定真正的反应性阳极，如石墨和锂。”这开启了电化学领域的许多不同话题的广泛窗口，包括钠离子电池，锂硫电池，涉及锌和镁的多种离子化学物质，甚至电镀和电化学合成;我们还没有充分探索它们。

UNIST携手能源与化学工程学院的研究小组已成功开发了世界上第一个可拉伸水性锂离子电池，可为下一代可穿戴设备提供动力。

示意图展示了整个制造过程中的序列

模仿自然功能的可伸缩电池材料，该研究领域当前的发展非常有趣，对于下一代可穿戴电子设备来说是必不可少的。UNIST最近的一项研究提出了一种生物发酵的Jabuticaba混合碳／聚合物（HCP）复合材料，该复合材料使用简单且经济高效的溶解工艺开发出了可拉伸的集流体。研究小组首次将HCP复合材料用作可拉伸集电器，开发了一种基于水性电解质的高度可拉伸的可充电锂离子电池（ARLB）。

UNIST能源与化学工程学院的Soojin Park教授与Kwedong Seo教授和So Youn Kim教授共同领导了这一突破。可伸缩的电子设备由于其极大的灵活性而引起了科学界对下一代设备的极大关注。柔性电子产品的商业利润和需求日益增长，促使人们在材料的变形过程中寻求具有高力学耐用性和高导电性的高度可拉伸电极。尽管已经提出了许多用于这些电极的方法，但是它们都无法同时实现电极的高拉伸性并具有可扩展性的制造工艺。

Park教授使用导电聚合物复合材料解决了这些问题，导电聚合物复合材料由简单溶解过程中所含有碳纳米管和炭黑的Jabuticaba类混合碳填料所组成。这种结构的形状类似巴西grapetree Jabuticaba树。该研究小组发现，即便是在高应变率下，HCP复合材料也能有效地保持其电导率，即表示其适用于高度拉伸的水性锂离子电池。Seo教授负责制造可拉伸集电器，他说：“我们的研究结果将增大具有电化学和力学性能的可拉伸纳米复合材料数量，并且可将其用于各种应用中。”

导电填料在复合材料内的渗透行为详细分析，可使用拉伸下的原位SAXS测量来完成，其揭示了填料中不同类型的碳会形成高度互连的共支撑网络。So Youn Kim 教授领导了原位SAXS实验。SAXS是测量聚合物基质中纳米填料行为的非常有用的技术。此外，该研究小组首次开发了可拉伸的ARLB作为可拉伸的电源，使用HCP复合材料作为可拉伸的集电器，即使在100％应变下也能向LED提供稳定的电力。So Youn Kim教授说：“这项研究有望优化电化学和力学性能的可拉伸纳米复合材料的设计，并可将其用于储能装置和可拉伸的电子器件。

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