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新型水锂电突破电池极限不爆炸不起火

2013.3.19

　　最新一期《自然》杂志子刊《科学报道》，刊发了复旦大学吴宇平教授课题组关于水溶液锂电池体系的最新研究成果。这一新的成果将满足人们对锂电池的所有要求，也为电动汽车等交通工具走进人们的生活解决了瓶颈问题。

　　锂电池如今已成为人们生活中的必需品，从手机、电脑到大型机械设备、新能源汽车，都由锂电池驱动。普通百姓对于锂电池的要求无非是更安全——电池在任何情况下都不爆炸;更耐用——电池使用时能支撑的时间久一些，寿命更长一点;更方便——通过风能、太阳能、潮汐能发出来的电可以高效率储存起来，在天黑时或没风没电时用。这些都是全世界电池研究者追寻的目标。

　　吴宇平课题组采用复合膜将金属锂进行包覆，而后将其置于pH值呈中性的水溶液中，与锂离子电池中传统的正极材料如尖晶石锰酸锂组装，制成了平均充电电压为4.2V、放电电压为4.0V的新型水锂电。这一成果大大突破了水溶液的理论分解电压1.23V。吴教授课题组发明的新型水溶液可充锂电池(简称为“水锂电”)，其能量密度(即同样大小、质量的情况下，每单位储存电能的多少)比采用有机电解质的动力锂离子电池高80%。

　　据吴宇平教授介绍，水锂电是当今锂电池研发的前沿和方向之一，它是用普通的水溶液来替换传统锂电池中的有机电解质溶液。传统的锂离子电池尽管具有诸多优点，并且在民众生活中应用广泛，但在大型的储能系统中，用传统方法制造的锂电池成本高，对生产条件要求高，并且由于有机电解质的物理化学性质，存在较大的安全隐患。而水溶液由于安全性能高，不会起火，离子导电率高，且成本也低，水锂电已经成为下一代大型储能电池发展的优选方向。

　　据悉，锂电池的主要工作原理是依靠锂离子在正负电极之间的迁移而产生电流的，这种迁移在溶液中进行，常常会使电池自身发生损耗。吴宇平教授则换了另外一种思路，用高分子材料和无机材料制成复合膜，包裹在金属锂外。而这层复合膜成为了锂离子的电位在正负极之间“时空穿越”的“随意门”和“时光机” ——吴宇平教授解释称：“你可以把他想象成锂离子的电位经过膜，一下就到了负极，然后又直接从负极回到正极，就好像科幻片中，人跨过时光门可以直接在地球和外太空之间往返。”因此，吴教授也把这一新发现称作“电位穿越”。预计装备这一新型水锂电的电动汽车的行驶距离有望达到400公里，而现在市面上售卖的电动车出行距离为150-180公里。

水锂电电位穿越

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