研究人员美国陆军研究实验室和马里兰大学首次开发了一种使用水盐溶液作为电解质的锂离子电池，达到了笔记本电脑等家用电子产品所需的4.0伏电压，没有与一些商用非水锂离子电池相关的火灾和爆炸风险。

他们的研究发表在2017年9月6日的焦耳细胞出版社新出版的跨学科能源期刊。

这项技术将为士兵们带来一种“完全安全、灵活的锂离子电池，提供与SOA锂离子电池相同的能量密度。”电池将保持安全，不会发生火灾和爆炸，即使在严重的机械损坏下，”ARL研究员、专门从事电化学和材料科学的徐康博士说。

“在过去，如果你想要高能量，你会选择非水性锂离子电池，但你必须在安全性上做出妥协。如果你更喜欢安全，你可以使用镍/金属氢化物等水电池，但你必须满足于更低的能量，”许说。“现在，我们正在证明，你可以同时获得高能量和高安全性。”

这项研究紧随2015年《科学》(Science)杂志上的一项研究(doi: 10.1126/ Science .aab1595)，该研究使用水电解质生产了一种类似的3.0伏电池，但由于所谓的“阴极挑战”而无法获得更高的电压，在这种挑战中，由石墨或锂金属制成的电池的一端被水电解质降解。为了解决这个问题，实现电压从3伏到4伏的飞跃，第一作者、马里兰大学助理研究科学家杨崇寅(Chongyin Yang)设计了一种新的凝胶聚合物电解质涂层，可应用于石墨或锂阳极。

这种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，分解并形成稳定的间相——一种分解产物的薄混合物，它将固体阳极从液体电解质中分离出来。这种界面相的灵感来自于非水电池中产生的一层，它保护阳极不发生削弱的副反应，使电池能够使用理想的负极材料，如石墨或锂金属，并获得更好的能量密度和循环能力。

马里兰大学詹姆斯克拉克工程学院化学与生物分子工程教授王春生(Chunsheng Wang)说:“这里的关键创新是制造正确的凝胶，可以阻止水与阳极的接触，这样水就不会分解，也可以形成正确的间相，以支持电池的高性能。”与标准的非水锂离子电池相比，凝胶涂层的添加也提高了新电池的安全优势，并提高了与其他任何拟议的水锂离子电池相比的能量密度。所有水性锂离子电池都得益于水基电解质的可燃性，而非水性锂离子电池则使用高度易燃的有机溶剂。然而，这种电池的独特之处在于，即使界面层被损坏(例如，如果电池外壳被刺穿)，它与锂或锂化石墨阳极反应缓慢，防止冒烟、起火或爆炸，如果电池损坏，金属直接接触电解液可能会发生这些情况。

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性电池提供的商业应用，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的全性能循环次数，并在可能的情况下减少材料费用。“目前，我们讨论的是50-100次循环，但与有机电解质电池相比，我们希望达到500次或更多，”王说。

研究人员还指出，在电池技术和其他领域，跃迁到4伏特背后的电化学操作具有重要意义。徐说:“这是我们第一次能够在水介质中稳定真正活性的阳极，如石墨和锂。”“这为电化学的许多不同主题打开了一扇广阔的窗口，包括钠离子电池、锂硫电池、涉及锌和镁的多离子化学，甚至电镀和电化学合成;我们只是还没有完全探索它们。”

徐说，在商业化之前，需要完善界面化学。他还表示，需要做更多的工作来扩大在大细胞中进行测试的技术。他说，如果有足够的资金，4伏的化学物质可以在大约五年内商业化。

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