水性锂离子电池因其高安全性、不燃性、高离子电导率和低成本,已成为下一代大型储能电池的首选发展方向。锂离子电池的重要工作原理是依靠锂离子在正负极之间的迁移产生电流。溶液中的这种迁移通常会导致电池本身的损耗。
吴玉平教授创造了一个新的想法:一种由聚合物材料和无机材料制成的复合膜包裹着锂金属。并且该复合膜成为锂离子电势在正负电极之间穿过的随机门。吴玉平说:你可以把它想象成锂离子穿过薄膜,一下子到达负极,然后直接从负极回到正极的电势。这就像科幻片里,人穿越时间之门就可以直接在地球和外太空之间来回穿梭。因此,吴教授也将这一新发现称为潜在交叉。
这种新型的水性锂离子电池将以其突出的安全性和耐用性成为新能源产品的强人。搭载它的电动汽车续航里程有望达到400公里,而搭载同样体积的传统锂离子电动汽车续航里程仅为150180公里。
复旦大学教授吴玉平教授对水性锂离子电池系统进行了最新研究,可将锂离子电池的性能提高80%。电动汽车只需充电10秒钟即可行驶400公里。这种电池成本低,安全,不易爆炸。
课题组向记者展示了这套锂离子电池系统。将一片薄薄的金属锂,用特殊的复合膜紧紧包裹,置于pH值为中性的水溶液中,与锂离子电池中传统的正极材料尖晶石锰酸锂组装,制成平均充电电压为4.2V、放电电压为4.0V的新型锂离子水电池,这一成果大大突破了水溶液1.23V的理论分解电压。
吴玉平研究组的这一成果,使得开发一种低成本、易量产、安全环保的新型电池系统成为可能。据称,新型水锂电池采用水溶液作为电解液,增强了阻燃性,使电池在使用过程中不易发热,安全性能高;高分子材料和无机材料制成的复合膜可以将电池的能量损耗降低到5%以下。
在含水电解质中,它们的氧化还原电位相差很大。它们的组合以包覆金属锂as 正极和锰酸锂as 负极,用于组装水可充电锂电池(ARLB),建立可充电电池系统的一般结构。其CV曲线扫描速度为0.1mV/s,有两对氧化还原峰,分别位于4.14/3.800。还原反应如下:充电过程中,正极只有一个反应。锂离子通过涂层从含水电解质中传输,这减少了锂金属在锂金属表面上的沉积。在负极进行了两种反应:Li阳离子从四面体8a和八面体16c的位置脱嵌,然后产生两对氧化还原峰,类似于有机电解质的行为。