什么是水性鋰離子電池，水性鋰離子電池研究。馬里蘭大學和美國陸軍研究實驗室的研究人員首次開發(fā)了一種使用水鹽溶液作為電解質(zhì)的鋰離子電池，達到家用電子設備(例如筆記本電腦)所需的4.0伏特標準，而且沒有與一些市售的非水性鋰離子電池相關的火災和爆炸危險。他們的工作出現(xiàn)在9月6日在焦耳。

“過去，如果你想要高能量的話，你會選擇一種非水電鋰離子電池，但是你必須在安全方面妥協(xié)，你可以使用鎳氫/金屬氫化物等水性電池，但是你必須為更低的能源定居。”聯(lián)合資深作者康旭說，美國陸軍研究實驗室的研究員，專門從事電化學和材料科學。“現(xiàn)在，我們正在表明，您可以同時獲得高能耗和高安全性。”

研究是在科學研究的2015年研究之后，產(chǎn)生了一種類似3.0伏的電解質(zhì)電解質(zhì)，但是通過所謂的“陰極挑戰(zhàn)”阻止了更高的電壓，其中電池的一端由石墨或鋰制成金屬，被水性電解質(zhì)降解。為了解決這個問題，從三伏飛躍到四伏，馬里蘭州大學助理研究科學家楊楊楊第一作者設計了一種可應用于石墨或鋰陽極的新型凝膠聚合物電解質(zhì)涂層。

該疏水涂層從電極表面附近排出水分子，然后在第一次充電時，分解并形成穩(wěn)定的相間分離固體陽極與液體電解質(zhì)的分解產(chǎn)物的薄混合物。這種由非水電池中產(chǎn)生的層引發(fā)的相間隔保護了陽極免于副反應的衰弱，從而允許電池使用所需的陽極材料，例如石墨或鋰金屬，并獲得更好的能量密度和循環(huán)能力。

聯(lián)合資深作者王春生教授說：“這里的關鍵創(chuàng)新就在于制造出能夠阻止與陽極接觸的水，使水不分解，也可形成正確的界面，以支持高電池性能。”馬里蘭大學的A.JamesClark工程學院的化學與生物分子工程。

與標準非水性鋰離子電池相比，添加凝膠涂層也可提高新電池的安全優(yōu)勢，并且與任何其他提出的水溶性鋰離子電池相比，提高了能量密度。所有含水鋰離子電池都受益于水性電解質(zhì)的易燃性，而非水性電解質(zhì)中使用的高度易燃的有機溶劑。然而，獨特的是，即使相間層損壞(例如，如果電池外殼被刺穿)，它也會與鋰或鋰化石墨陽極反應緩慢，從而防止其他情況下的吸煙，火災或爆炸如果損壞的電池使金屬與電解液直接接觸。

雖然新電池的功率和能量密度適用于目前由更危險的非水電池服務的商業(yè)應用，但某些改進將使其更具競爭力。特別是，研究人員希望增加電池可以完成的全部性能循環(huán)次數(shù)，并盡可能減少材料費用。王先生說：“現(xiàn)在我們談論的是50-100個周期，但是與有機電解質(zhì)電池相比，我們想要達到500個以上。”

研究人員還注意到跳躍到四伏特之后的電化學操作在電池技術之外也是重要的。徐先生說：“這是我們第一次能夠在水性介質(zhì)中穩(wěn)定真正的反應性陽極，如石墨和鋰。”這開啟了電化學領域的許多不同話題的廣泛窗口，包括鈉離子電池，鋰硫電池，涉及鋅和鎂的多種離子化學物質(zhì)，甚至電鍍和電化學合成;我們還沒有充分探索它們。

UNIST攜手能源與化學工程學院的研究小組已成功開發(fā)了世界上第一個可拉伸水性鋰離子電池，可為下一代可穿戴設備提供動力。

示意圖展示了整個制造過程中的序列

模仿自然功能的可伸縮電池材料，該研究領域當前的發(fā)展非常有趣，對于下一代可穿戴電子設備來說是必不可少的。UNIST最近的一項研究提出了一種生物發(fā)酵的Jabuticaba混合碳／聚合物（HCP）復合材料，該復合材料使用簡單且經(jīng)濟高效的溶解工藝開發(fā)出了可拉伸的集流體。研究小組首次將HCP復合材料用作可拉伸集電器，開發(fā)了一種基于水性電解質(zhì)的高度可拉伸的可充電鋰離子電池（ARLB）。

UNIST能源與化學工程學院的Soojin Park教授與Kwedong Seo教授和So Youn Kim教授共同領導了這一突破?？缮炜s的電子設備由于其極大的靈活性而引起了科學界對下一代設備的極大關注。柔性電子產(chǎn)品的商業(yè)利潤和需求日益增長，促使人們在材料的變形過程中尋求具有高力學耐用性和高導電性的高度可拉伸電極。盡管已經(jīng)提出了許多用于這些電極的方法，但是它們都無法同時實現(xiàn)電極的高拉伸性并具有可擴展性的制造工藝。

Park教授使用導電聚合物復合材料解決了這些問題，導電聚合物復合材料由簡單溶解過程中所含有碳納米管和炭黑的Jabuticaba類混合碳填料所組成。這種結(jié)構(gòu)的形狀類似巴西grapetree Jabuticaba樹。該研究小組發(fā)現(xiàn)，即便是在高應變率下，HCP復合材料也能有效地保持其電導率，即表示其適用于高度拉伸的水性鋰離子電池。Seo教授負責制造可拉伸集電器，他說：“我們的研究結(jié)果將增大具有電化學和力學性能的可拉伸納米復合材料數(shù)量，并且可將其用于各種應用中。”

導電填料在復合材料內(nèi)的滲透行為詳細分析，可使用拉伸下的原位SAXS測量來完成，其揭示了填料中不同類型的碳會形成高度互連的共支撐網(wǎng)絡。So Youn Kim 教授領導了原位SAXS實驗。SAXS是測量聚合物基質(zhì)中納米填料行為的非常有用的技術。此外，該研究小組首次開發(fā)了可拉伸的ARLB作為可拉伸的電源，使用HCP復合材料作為可拉伸的集電器，即使在100％應變下也能向LED提供穩(wěn)定的電力。So Youn Kim教授說：“這項研究有望優(yōu)化電化學和力學性能的可拉伸納米復合材料的設計，并可將其用于儲能裝置和可拉伸的電子器件。

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