新型锂离子水电池–低成本和更高的安全性

一组工程师演示了如何通过使用水性电解质代替典型的有机电解质，组装出性能更安全，成本效益更高的电池，该电池仍然性能良好。

伦斯勒理工学院开发的不易燃，经济高效的电池。

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变得越来越快且性能更高，它们也变得越来越昂贵和易燃。

在最近发表在储能材料上的一项研究中，伦斯勒理工学院的一个工程师团队展示了他们如何通过使用水性电解质代替典型的有机电解质来组装出一种性能更安全，成本效益更高的电池，该电池仍然性能良好。

如果要看看电池内部，您会发现两个电极-一个阳极和一个阴极。这些电极浸入液体电解质中，该电解质在电池充放电时传导离子。

水性电解质由于其不易燃的特性而受到人们的关注，并且因为与非水性电解质不同，它们在制造过程中对水分不敏感，因此使用起来更容易且成本更低。这种材料的最大挑战是保持性能。

伦斯勒机械，航空航天和核工程专业的教授尼克希尔·科拉特卡尔（Nikhil Koratkar）说：“如果对水施加过多的电压，它就会电解，这会分解为氢和氧。”“这是一个问题，因为这样您就会除气，并且消耗掉电解液。因此，通常这种材料的电压窗口非常有限。”

构成电池负极的铌氧化钨微粒。

在这项研究中，Koratkar和他的团队使用了一种特殊类型的称为“水包水”的水性电解质，其中包括机械，航空航天和核工程学特聘的助理教授Fudong Han和Rensselaer的博士生Aniruddha Lakhnot。盐电解质，它不太可能电解。

研究人员在阴极上使用了锰酸锂锂，在阳极上使用了氧化铌钨。

“事实证明，氧化铌钨在每单位体积的储能方面非常出色，” Koratkar说。“就体积而言，这是迄今为止我们在水性锂离子电池中看到的最好结果。”

他解释说，铌钨氧化物相对较重且致密。该重量使它的能量存储基于质量大约是平均水平，但是电极中铌钨氧化物颗粒的密集堆积使其基于体积的能量存储相当好。这种材料的晶体结构还具有定义明确的通道（或隧道），可让锂离子快速扩散，这意味着它可以快速充电。

Koratkar说，快速充电能力和每单位体积可存储大量电荷的能力在水性电池中很少见。

以低成本和改进的安全性实现这种性能具有实际意义。对于诸如便携式电子产品，电动汽车和电网存储等新兴应用，将最大量的能量打包成有限的体积的能力变得至关重要。

参考：Aniruddha S. Lakhnot，Tushar Gupta，Yashpal Singh，Prateek Hundekar，Rishabh Jain，Fudong Han和Nikhil Koratkar撰写的具有铌钨氧化物阳极的锂离子水电池具有出色的体积和倍率性能，储能材料，2019
年12月11日。 DOI：10.1016 / j.ensm.2019.12.012