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（圖片來源：香港中文大學）

 

       據外媒報道，中國香港中文大學（The Chinese University of Hong Kong，CUHK）工程系的一個研究小組在水系鋰離子電池中引入了一種新型電解質，進而在改善高能量電池方面取得了重要進展。此種電解質通常用于護膚霜，價格便宜、不易燃、毒性小、對環境友好，還能產生穩定電壓，供日常使用。

 

       手機、筆記本電腦，甚至電動汽車等電子設備和電子產品在很多方面改善了我們的日常生活，而它們都使用了鋰離子電池。由于鋰離子電池可以充電且能穩定地輸出能量，因而成為了此類產品的核心。盡管經過多年研究，鋰離子電池仍需要依賴有毒且易燃的有機電解質來發電，其具有的嚴重安全隱患仍然沒有得到解決，三星智能手機爆炸、波音飛機電池起火、電動汽車電池著火等新聞也不斷出現，表明了鋰離子電池的安全性還沒有得到保證。

 

       根據之前對水系鋰離子電池的研究，該團隊將“分子聚集”（molecular crowding）引入了新型水系電解質中，取代了將鋰離子鹽作為主要穩定劑的方法。

 

       “分子聚集”是活體細胞中的常見現象，描述了當大分子（蛋白質、復合糖、多糖等）或小型親水分子（代謝物、滲透物）達到一定濃度時，溶液分子的性質會發生實質性的改變。由于環境擁擠，水溶劑的活性會因為水的氫鍵結構的變化而降低。

 

        該團隊選擇使用聚（乙二醇）或PEG，在電解質中復制“分子聚集”現象。PEG是一種可溶于水的聚合物，可以輕易地與水系電池結合，也是護膚霜和個人潤滑用品的基礎，甚至可用作牙膏和食品飲料中的消泡劑。

 

        采用此種新型穩定劑，一個LiMn2O4陰極和一個Li4Ti5O12陽極，該團隊成功將水系電解質的穩定窗口擴大至3.2V，并演示了此種新型電解質在300多次充放電循環中，能夠讓電池能量密度高達75至100Wh/kg，且可穩定工作；采用凝膠涂層，就可將電池的工作電壓進一步提高至4.0V以上，水系鋰離子電池中常見的副作用（氫/氧演化反應）幾乎都被消除。研究人員還進行了可燃性試驗，驗證了該款新型電解質的防火性能，顯著提高了鋰離子電池的安全性。

 

        研究人員表示：“此種電解質可以使用很多水系電解質無法使用的電極材料。更重要的是，這一研究發現為設計電壓窗口更大、穩定性更高的水系電解質提供了新平臺，可實現安全、低成本且環保的儲能設備。”